光谱分类算法 matlab,Matlab K-means聚类算法对多光谱遥感图像进行分类（一）

雨点打透心脏的1/2处 2023-01-16 06:38 156阅读 0赞

Matlab K-means聚类算法对多光谱遥感图像进行分类

作者： 白艺亭

测试了下matlab自带kmeans函数，作者编写函数，以及ENVI下的Kmeans方法，对比其效果，代码及结果图展示见下。(K均值聚类的matlab代码，对其算法进行实现。)

1. K-Means无监督聚类算法：

ENVI中，在主菜单上，选择Classification>>Unsupervised>>K-Means,在Classification Input File中选择TM影像，单击OK。打开K-means Parameters对话框中，设置以下的参数：

1)分类数量(Number of Classes)：一般为最终输出分类数量的2-3倍。

2)变换阈值(Change Threshold):5。每当一类的变化像元数小于阈值时，结束迭代过程。这个值越小得到的结果越精确，运算量也越大。

3)最大迭代次数(Maximum Iterations)：30(我选的).迭代次数越大，精度越高。

4)距离类别的值的最大误差(Maximum Stdev From Mean)。此数可选。

5)允许的最大距离误差：(Maximum Distance Error);可选

6)选择路径，OK执行。

![077f159efebaf84730f38c84282b970c.png][]

以上参考东腾的博客。

2. 自编matlab函数实现

2.1被调function

function \[new\_class\_label\] = Kmeans\_of\_muldim(data,k,change\_threshold,iteration)

% 功能：实现多光谱遥感数据非监督分类算法之K-means聚类算法

%Author: Mr. BAI

% 输入：data是s\*fl\*b的矩阵，s为列数(sample)，fl为行数(fileline)，b为波段数(band)；

% k 为类别数,如果有背景值，背景值会归到某一地类中去，到时再用矢量边界图形裁剪一下即可。我考虑过将出现次数最多

% 的背景值单独划归一类，但是程序设计时不好判断，取数组中元素出现次数最多的像元为一类，有点大胆，因为无背

% 景的图像像元值也可能出现这种情况；

% change\_threshold变化阈值，ENVI中默认为0.05；

% iteration为最大迭代次数，ENVI中默认为1

% 输出：new\_class\_label为聚类后的矩阵，赋予每个行列号一个类别标签，之后可在GIS或者ENVI中出图

% Reference：https://www.cnblogs.com/dongteng/p/5415071.html

\[fl,s,b\] = size(data);

%original\_seed为迭代前的种子，存放一个k行，b个波段数值列的数组

old\_seed = zeros(k,b);

%newseed为迭代后的新种子，存放一个k行，b个波段数值列的数组

new\_seed = zeros(k,b);

%-------------------------------------------------------------------------------------------------

% 产生k个随机种子作为遥感图像各地物类别的种子像元

%-------------------------------------------------------------------------------------------------

index\_record = zeros(1,k);

for i = 1:k

index\_i = round(rand()\*fl\*s);

judge = find(index\_record == index\_i);

%如果已经有这个值了，那么重新循环取值

if isempty(judge) == 0

i = i-1;

continue;

end

index\_record(i) = index\_i;

%计算取到的随机值对应图像的行列号

fl\_index = floor(index\_i/s);%行号

sample\_index = index\_i - fl\_index\*s;%列号

%将该种子像元的b个波段值存入

old\_seed(i,:) = data(fl\_index,sample\_index,:);

end

%--------------------------------------------------------------------------------------

% 下面进行迭代，如果本次分别所有类新得到的像元数目变化在change\_threshold内，则认为分类完毕。

%--------------------------------------------------------------------------------------

n = 1;

new\_class\_label = zeros(fl,s);

while n

distance\_matrix = zeros(fl,s,k);

for kind = 1:k

sum = 0;

for i=1:b

temp = power(abs(data(:,:,i)-old\_seed(kind,i)),2);

sum = sum+temp;

end

%每个像元与初始7个类别中心的欧式距离

ou\_distance = sqrt(sum);

distance\_matrix(:,:,kind) = ou\_distance;

end

%给给各类别赋值类别标注

for i=1:fl

for j=1:s

currentpixel\_vector = distance\_matrix(i,j,:);

currentpixel\_class = find(currentpixel\_vector == min(currentpixel\_vector));

new\_class\_label(i,j) = currentpixel\_class(1);

end

%计算新的各类别中心

for i=1:k

id = find(new\_class\_label==i);

for j=1:b

temp1 = data(:,:,j);

temp2 = temp1(id);

new\_seed(i,j)= mean(temp2(:));

end

new\_class\_pixcel\_number = zeros(1,k);

for i=1:k

new\_class\_pixcel\_number(i) = length(find(new\_class\_label(:)==i));

end

%Change threshold:0.05

if n == 1

old\_class\_pixcel\_number = ones(1,k);

end

%size(new\_class\_pixcel\_number)

if max(abs((new\_class\_pixcel\_number-old\_class\_pixcel\_number)./old\_class\_pixcel\_number)) < change\_threshold || n>iteration

break;

end

n=n+1;

if max(abs((new\_class\_pixcel\_number-old\_class\_pixcel\_number)./old\_class\_pixcel\_number)) >change\_threshold

%old\_class\_label = new\_class\_label;

old\_class\_pixcel\_number = new\_class\_pixcel\_number;

old\_seed = new\_seed;

continue;

end

2.2 main函数调用上述function

clc;

clear;

t0 = cputime;

cd 'E:\\MATLAB\\'

data=imread('nantong\_city\_landsat8.tif');%读取纯数据

\[multi\_data,r\]=geotiffread('nantong\_city\_landsat8.tif'); % read the geo information

info=geotiffinfo('nantong\_city\_landsat8.tif'); % read the geo information

class\_result = Kmeans\_of\_muldim(data,5,0.05,30);

geotiffwrite('K-means\_class.tif',class\_result,r,'GeoKeyDirectoryTag',info.GeoTIFFTags.GeoKeyDirectoryTag);

t1 = cputime;

during = t1 - t0;

disp('耗时：');

disp(during);

耗时：

139.59375

时间长是因为程序中Kmeans\_of\_muldim()函数中使用了逐像元循环，用了139秒，后面附上改进的算法， MKmeans\_of\_muldim()，Matlab K-means聚类算法改进对多光谱遥感图像进行分类(二)。

3 matlab库中的kmeans()

clc;

clear;

%matlab自带的kmeans使用方法:

t0 = cputime;

cd 'E:\\MATLAB\\'

data=imread('nantong\_city\_landsat8.tif');%读取纯数据

\[multi\_data,r\]=geotiffread('nantong\_city\_landsat8.tif'); % read the geo information

info=geotiffinfo('nantong\_city\_landsat8.tif'); % read the geo information

\[fl,s,b\] = size(data);

dat = zeros(fl\*s,b);%matlab K-means算法要求输入矩阵是一个列向量组成的矩阵，列数为波段数，每一列为fl\*s的像元值

for i=1:b

dat(:,i) = reshape(data(:,:,i),fl\*s,1);

end

class\_result = kmeans(dat,5);只能传两参

out\_data = reshape(class\_result,fl,s);

geotiffwrite('K-means\_class\_matlab.tif',out\_data,r,'GeoKeyDirectoryTag',info.GeoTIFFTags.GeoKeyDirectoryTag);

t1 = cputime;

during = t1 - t0;

disp('耗时：');

disp(during);

耗时：

38.796875

4 结果展示

4.1ENVI操作结果展示：

![bbfbb2b7a422bc4e080c138e4eaa5818.png][]

0.05,30.

4.2 Kmeans\_of\_muldim,作者的matlab代码结果展示：

![91ecaa7ac8eec52cff674b03886939ea.png][]

0.05,30

4.3K-means matlab自带函数结果展示：

![a6689519984cd6daced416c48a264625.png][]

效果相当，下面对Kmeans\_of\_muldim进行改进。

见下一篇：

Matlab K-means聚类算法改进对多光谱遥感图像进行分类(二)

后来，我们都学会了勇敢，不遗憾，不留恋。417看完了刘若英的线上演唱会，1500w人同时在线的，很壮观。

[077f159efebaf84730f38c84282b970c.png]: /images/20221022/8765b7dbee4347479a8ef0d1a59f55e2.png
[bbfbb2b7a422bc4e080c138e4eaa5818.png]: /images/20221022/8913d5f9126a4fe8848e7a1b606ce9f4.png
[91ecaa7ac8eec52cff674b03886939ea.png]: /images/20221022/180b3dc5f0ee4f6ca00bda89e71ae33c.png
[a6689519984cd6daced416c48a264625.png]: /images/20221022/fc599210ba7c48c3adaf5153e5bac1d8.png