In stochastic hyperspectral target detection algorithms, the target signal components may be included in the background characterization if targets are not rare in the image, causing target leakage. In this paper, the effect of target leakage is analysed and an improved hyperspectral target detection method is proposed by excluding the pixels which have similar reflectance spectrum with the target in the process of background characterization. Experimental results using the AISA airborne hyperspectral data and simulated data with artificial targets show that the proposed method can dramatically improve the target detection performance of matched filter and adaptive cosine estimator. More studies on the various metrics for measuring spectral similarity and adaptive method to decide the appropriate amount of exclusion are expected to increase the performance and usability of this method.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.6
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pp.1073-1080
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2011
In this study, a target detection algorithm was proposed for using hyperspectral imagery. The proposed algorithm is designed to have minimal processing time, low false alarm rate, and flexible threshold selection. The target detection procedure can be divided into two steps. Initially, candidates of target pixel are extracted using matching ratio of spectral pattern that can be calculated by spectral derivation. Secondly, spectral distance is computed only for those candidates using Euclidean distance. The proposed two-step method showed lower false alarm rate than the Euclidean distance detector applied over the whole image. It also showed much lower processing time as compared to the Mahalanobis distance detector.
Qianghui Wang;Bing Zhou;Wenshen Hua;Jiaju Ying;Xun Liu;Lei Deng
Current Optics and Photonics
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v.8
no.3
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pp.282-299
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2024
Target detection (TD) is a research hotspot in the field of hyperspectral imaging (HSI). Traditional TD methods often mine targets from HSIs under a single imaging condition, without considering the influence of imaging conditions. In fact, the spectra of ground objects in HSIs are uncertain and affected by the imaging conditions (weather, atmospheric, light, time, and other angle conditions including zenith angle). Hyperspectral data changes under different imaging conditions. Therefore, the detection result for a single imaging condition cannot accurately reflect the effectiveness of the detection method used. It is necessary to analyze the performance of various detection methods under different imaging conditions, to find a more applicable detection method. In this paper, we study the performance of TD methods under various land-based imaging conditions. We first summarize classical TD methods and evaluation methods. Then, the detection effects under various imaging conditions are analyzed. Finally, the concepts of the stability coefficient (SC) and effective area under the curve (EAUC) are proposed to comprehensively evaluate the applicability of detection methods under land-based imaging conditions, in terms of both detection accuracy and stability. This is conducive to our selection of detection methods with better applicability in land-based contexts, to improve detection accuracy and stability.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.12
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pp.1081-1088
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2013
Hyperspectral cameras acquire reflectance values at many different wavelength bands. Dimensions tend to increase because spectral information is stored in each pixel. Several attempts have been made to reduce dimensional problems such as the feature selection using Adaboost and dimension reduction using the Simulated Annealing technique. We propose a novel material detection method that consists of four steps: feature band selection, feature extraction, SVM (Support Vector Machine) learning, and target and specific region detection. It is a combination of the band ratio method and Simulated Annealing algorithm based on detection rate. The experimental results validate the effectiveness of the proposed feature selection and band ratio method.
Recently, many target detection algorithms were developed for hyperspectral image. However, almost of these studies focused only accuracy from 1 or 2 data sets to validate and compare the algorithms although they give limited information to users. This study aimed to compare usability of target detection algorithms with various parameters. Five parameters were proposed to compare sensitivity in aspect of detection accuracy which are related with radiometric and spectral characteristics of target, background and image. Six target detection algorithms were compared in aspect of accuracy and efficiency (processing time) by variation of the parameters and image size, respectively. The results shown different usability of each algorithm by each parameter in aspect of accuracy. Second order statistics based algorithms needed relatively long processing time. Integrated usabilities of accuracy and efficiency were various by characteristics of target, background and image. Consequently, users would consider appropriate target detection algorithms by characteristics of data and purpose of detection.
Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars(CRISM) is 489-band hyperspectral camera of Mars Reconnaissance Orbiter(MRO) that provided data used on many mineral researches over Martian surface. For the detection of minerals in planet, mineral index using a few spectral bands have been used. In this study, we applied Matched Filter and Adaptive Cosine Estimator(ACE) target detection algorithm on CRISM data over Gusev Crater: landing site of Spirit(Mars Exploration Rover A) to investigate its mineral distribution. As a result, olivine, pyroxene, magnetite, etc. is detected at Gusev Crater's Columbia Hills. These results are corresponding to the Spirit rover's field survey result. It is expected that hyperspectral target detection algorithms can be used as effective and easy to use method for the detection and mapping of surface minerals in planet.
Kim, Joochang;Yang, Yukyung;Kim, Jun-Hyung;Kim, Junmo
Korean Journal of Remote Sensing
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v.33
no.5_1
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pp.455-467
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2017
When performing target detection using hyperspectral imagery, a feature extraction process is necessary to solve the problem of redundancy of adjacent spectral bands and the problem of a large amount of calculation due to high dimensional data. This study proposes a new band selection method using the $L_{2,1}$-norm regression model to apply the feature selection technique in the machine learning field to the hyperspectral band selection. In order to analyze the performance of the proposed band selection technique, we collected the hyperspectral imagery and these were used to analyze the performance of target detection with band selection. The Adaptive Cosine Estimator (ACE) detection performance is maintained or improved when the number of bands is reduced from 164 to about 30 to 40 bands in the 350 nm to 2500 nm wavelength band. Experimental results show that the proposed band selection technique extracts bands that are effective for detection in hyperspectral images and can reduce the size of the data without reducing the performance, which can help improve the processing speed of real-time target detection system in the future.
In this paper, a new spectral unmixing based target detection algorithm is proposed which adopted Iterative Error Analysis as a tool for extraction of background endmembers by using the target spectrum to be detected as initial endmember. In the presented method, the number of background endmembers is automatically decided during the IEA by stopping the iteration when the maximum change in abundance of the target is less than a given threshold value. The proposed algorithm does not have the dependence on the selection of image endmembers in the model-based approaches such as Orthogonal Subspace Projection and the target influence on the background statistics in the stochastic approaches such as Matched Filter. The experimental result with hyperspectral image data where various real and simulated targets are implanted shows that the proposed method is very effective for the detection of both rare and non-rare targets. It is expected that the proposed method can be effectively used for mineral detection and mapping as well as target object detection.
Wang, Qianghui;Hua, Wenshen;Huang, Fuyu;Zhang, Yan;Yan, Yang
Current Optics and Photonics
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v.4
no.3
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pp.210-220
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2020
Aiming at the problem that the Local Sparse Difference Index algorithm has low accuracy and low efficiency when detecting target anomalies in a hyperspectral image, this paper proposes a Weighted Collaborative Representation and Sparse Difference-Based Hyperspectral Anomaly Detection algorithm, to improve detection accuracy for a hyperspectral image. First, the band subspace is divided according to the band correlation coefficient, which avoids the situation in which there are multiple solutions of the sparse coefficient vector caused by too many bands. Then, the appropriate double-window model is selected, and the background dictionary constructed and weighted according to Euclidean distance, which reduces the influence of mixing anomalous components of the background on the solution of the sparse coefficient vector. Finally, the sparse coefficient vector is solved by the collaborative representation method, and the sparse difference index is calculated to complete the anomaly detection. To prove the effectiveness, the proposed algorithm is compared with the RX, LRX, and LSD algorithms in simulating and analyzing two AVIRIS hyperspectral images. The results show that the proposed algorithm has higher accuracy and a lower false-alarm rate, and yields better results.
In this paper, we analyzed the effect of wavelet decomposition levels in feature extraction for anomaly detection from hyperspectral imagery. After wavelet analysis, anomaly detection was experimentally performed using the RX detector algorithm to analyze the detecting capabilities. From the experiment for anomaly detection using CASI imagery, the characteristics of extracted features and the changes of their patterns showed that radiance curves were simplified as wavelet transform progresses and H bands did not show significant differences between target anomaly and background in the previous levels. The results of anomaly detection and their ROC curves showed the best performance when using the appropriate sub-band decided from the visual interpretation of wavelet analysis which was L band at the decomposition level where the overall shape of profile was preserved. The results of this study would be used as fundamental information or guidelines when applying wavelet transform to feature extraction and selection from hyperspectral imagery. However, further researches for various anomaly targets and the quantitative selection of optimal decomposition levels are needed for generalization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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