Advanced spectral unmixing and classification methods for hyperspectral remote sensing data

Source separation in hyperspectral imagery

• Auteur / Autrice : Alberto Villa
• Direction : Christian Jutten
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie industrielles
• Date : Soutenance le 29/07/2011
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec 102 Univ of Iceland, Reykjavik
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Grenoble Images Parole Signal Automatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images Parole Signal Automatique
• Jury : Président / Présidente : Melba Crawford
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Jutten, Jocelyn Chanussot, Jon atli Benediktsson, Johannes r. Sveinsson, Antonio Plaza, Pierre eymard Biron
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Paul Scheunders, Jean-Yves Tourneret, Eric Vincent

Mots clés

Mots clés libres

Démelange spectral

Mélanges des pixels

Classification

Télédétection iperspectrale

Reduction de dimensionalité

Résolution spatiale

Unmixing

Mixed pixels

Classification

Remote sensing

Hyperspectral data

Spatial resolution

Dimensionality reduction

Résumé

La thèse propose des nouvelles techniques pour la classification et le démelange spectraldes images obtenus par télédétection iperspectrale. Les problèmes liées au données (notammenttrès grande dimensionalité, présence de mélanges des pixels) ont été considerés et destechniques innovantes pour résoudre ces problèmes. Nouvelles méthodes de classi_cationavancées basées sur l'utilisation des méthodes traditionnel de réduction des dimension etl'integration de l'information spatiale ont été développés. De plus, les méthodes de démelangespectral ont été utilisés conjointement pour ameliorer la classification obtenu avec lesméthodes traditionnel, donnant la possibilité d'obtenir aussi une amélioration de la résolutionspatial des maps de classification grace à l'utilisation de l'information à niveau sous-pixel.Les travaux ont suivi une progression logique, avec les étapes suivantes:1. Constat de base: pour améliorer la classification d'imagerie hyperspectrale, il fautconsidérer les problèmes liées au données : très grande dimensionalité, presence demélanges des pixels.2. Peut-on développer méthodes de classi_cation avancées basées sur l'utilisation des méthodestraditionnel de réduction des dimension (ICA ou autre)?3. Comment utiliser les differents types d'information contextuel typique des imagés satellitaires?4. Peut-on utiliser l'information données par les méthodes de démelange spectral pourproposer nouvelles chaines de réduction des dimension?5. Est-ce qu'on peut utiliser conjointement les méthodes de démelange spectral pour ameliorerla classification obtenu avec les méthodes traditionnel?6. Peut-on obtenir une amélioration de la résolution spatial des maps de classi_cationgrace à l'utilisation de l'information à niveau sous-pixel?Les différents méthodes proposées ont été testées sur plusieurs jeux de données réelles, montrantresultats comparable ou meilleurs de la plus part des methodes presentés dans la litterature.

The thesis presents new techniques for classification and unmixing of hyperspectral remote sensing data. The main issues connected to this kind of data (in particular the huge dimension and the possibility to find mixed pixels) have been considered. New advanced techniques have been proposed in order to solve these problems. In a first part, new classification methods based on the use of traditional dimensionality reduction methods (such as Independent Component Analysis - ICA) and on the integration of spatial and spectral information have been proposed. In a second part, methods based on spectral unmixing have been considered to improve the results obtained with classical methods. These methods gave the possibility to improve the spatial resolution of the classification maps thanks to the sub-pixel information which they consider.The main steps of the work are the following:- Introduction and survey of the data. Base assessment: in order to improve the classification of hyperspectral images, data related problems must be considered (very high dimension, presence of mixed pixels)- Development of advanced classification methods making use of classic dimensionality reduction techniques (Independent Component Discriminant Analysis)- Proposition of classification methods exploiting different kinds of contextual information, typical of hyperspectral imagery - Study of spectral unmixing techniques, in order to propose new feature extraction methods exploiting sub-pixel information - Joint use of traditional classification methods and unmixing techniques in order to obtain land cover classification maps at a finer resolutionThe different methods proposed have been tested on several real hyperspectral data, showing results which are comparable or better than methods recently proposed in the literature.