The basic arithmetic operations on fuzzy numbers and new approaches to the theory of fuzzy numbers under the classification of space images

Authors

  • Alpert S.I. https://orcid.org/0000-0002-7284-6502 , Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі ІГН НАН України, м. Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.34121/1028-9763-2020-3-49-59

Keywords:

Fuzzy Set Theory, image classification, fuzzy number, alpha-cut, fuzzy arithmetic, теорія нечітких множин, класифікування зображень, нечітке число, альфа-зріз, нечітка арифметика

Abstract

Classification in remote sensing is a very difficult procedure, because it involves a lot of steps and data preprocessing. Fuzzy Set Theory plays a very important role in classification problems, because the fuzzy approach can capture the structure of the image. Most concepts are fuzzy in nature. Fuzzy sets allow to deal with uncertain and imprecise data. Many classification problems are formalized by using fuzzy concepts, because crisp classes represent an oversimplification of reality, leading to wrong results of classification. Fuzzy Set Theory is an important mathematical tool to process complex and fuzzy data. This theory is suitable for high resolution remote sensing image classification. Fuzzy sets and fuzzy numbers are used to determine basic probability assignment. Fuzzy numbers are used for detection of the optimal number of clusters in Fuzzy Clustering Methods. Image is modeled as a fuzzy graph, when we represent the dissimilitude between pixels in some classification tasks. Fuzzy sets are also applied in different tasks of processing digital optical images. It was noted, that fuzzy sets play an important role in analysis of results of classification, when different agreement measures between the reference data and final classification are considered. In this work arithmetic operations of fuzzy numbers using alpha-cut method were considered. Addition, subtraction, multiplication, division of fuzzy numbers and square root of fuzzy number were described in this paper. Moreover, it was illustrated examples with different arithmetic operations of fuzzy numbers. Fuzzy Set Theory and fuzzy numbers can be applied for analysis and classification of hyperspectral satellite images, solving ecological tasks, vegetation classification, in remote searching for minerals.

References

Kaufman A., Gupta M.M. Introduction to Fuzzy Arithmetic, Theory and applications / Van Nostrand Reinhold Co. Inc., Workingham, Berkshire, 2003. 361 p.

Еремеев В., Мордвинцев И., Платонов Н. Современные гиперспектральные сенсоры и методы обработки гиперспектральных данных. Исследование Земли из космоса. 2003. № 6. С. 80–90.

Dubois D., Prade Н. Fundamentals of Fuzzy sets. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2000. P. 125–193.

Альперт С.І. Застосування методів комбінування даних при класифікуванні супутникових зображень. Математичні машини і системи. 2019. № 2. С. 16–26.

Bandos T.V., Bruzzone L., Camps-Valls G. Classification of Hyperspectral Images with Regulized Linеar Disctiminant Analysis. IEEE Transactions оn Geoscience аnd Remote Sensing. 2009. Vol. 47, N 3. P. 862–873.

Dutta P., Boruah H., Ali Т. Fuzzy arithmetic with and without using a-cut method: a comparative study. International Journal of Latest trends in Computing. 2011. Vol. 2 (1). P. 99–108.

Попов М.О. Сучасні погляди на інтерпретацію даних аерокосмічного дистанційного зондування Землі. Космічна наука і технологія. 2002. Т. 8, № 2/3. C. 110–115.

McCoy R.M. Fields Methods in Remote Sensing. New York: Guilford Press, 2005. P. 150–160.

Вятченин Д.А. Нечеткие методы автоматической классификации. Минск, 2004. 219 с.

Альперт С.І. Методи селекції інформативних зональних зображень при класифікації гіперспектральних супутникових зображень. Математичні машини і системи. 2015. № 2. С. 40–48.

Альперт С.І. Основні міри подібності та нові підходи до їх застосування при класифікуванні гіперспектральних космічних зображень. Математичні машини і системи. 2019. № 1. С. 143–151.

Downloads

Views: 64
Downloads: 13

Published

2020-09-01

How to Cite

The basic arithmetic operations on fuzzy numbers and new approaches to the theory of fuzzy numbers under the classification of space images. (2020). Mathematical Machines and Systems, 3, 49–59. https://doi.org/10.34121/1028-9763-2020-3-49-59