基于IHS變換和小波變換的遙感影像融合

戴洪寶，許繼影，夏青森，陳 力

(1.宿州學(xué)院 環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2.宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

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基于IHS變換和小波變換的遙感影像融合

戴洪寶1，許繼影2，夏青森2，陳 力1

(1.宿州學(xué)院 環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2.宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

隨著融合技術(shù)的發(fā)展，融合技術(shù)越來(lái)越成熟，融合方法越來(lái)越多，本文從中選取常見的幾種方法進(jìn)行研究應(yīng)用，通過(guò)對(duì)兩幅不同分辨率的遙感影像分別用IHS融合方法和小波融合方法做融合實(shí)驗(yàn)對(duì)比，做出相應(yīng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)，對(duì)相關(guān)工作有一定指導(dǎo)意義。

遙感影像；IHS變換；小波變換；融合評(píng)價(jià)

0 前言

圖像融合是把大于等于兩個(gè)以上傳感器在相同時(shí)刻和不同時(shí)刻得到某地的影像進(jìn)行分析處理以便產(chǎn)生新的關(guān)于此地的描述的過(guò)程。對(duì)遙感影像融合展開了較為系統(tǒng)的總結(jié),主要有下面幾點(diǎn)：多源遙感影像融合對(duì)象主要有遙感影像，電子地圖、地理數(shù)據(jù)、GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)等；多源遙感影像融合是把融合方法和工具分開的一種結(jié)構(gòu)體系；重點(diǎn)指出生產(chǎn)的信息必須是優(yōu)越的,明確指出融合后的信息必須比原來(lái)的數(shù)據(jù)能更好地為人民服務(wù)；再次強(qiáng)調(diào)融合的目的必須比原來(lái)任何單個(gè)的圖像利用率高[1]。

1 遙感影像的融合方法

遙感影像融合一般可以劃分三個(gè)方面：像素級(jí)的融合、特征級(jí)的融合和決策級(jí)影像融合。像素級(jí)融合在最基本的數(shù)據(jù)上進(jìn)行融合，它是結(jié)合圖像中的目標(biāo)或是背景進(jìn)行融合處理，這也是像素級(jí)融合所要完成的任務(wù)。特征級(jí)融合是將影像中的特征提取出來(lái)，根據(jù)這些特征進(jìn)行融合。決策級(jí)的融合是數(shù)據(jù)信息融合的最高層次，其成果可以拿來(lái)作為決定的輔助工具。對(duì)源圖像做怎樣的處理，在哪個(gè)層面上進(jìn)行融合都取決于融合層次。融合層次不僅牽扯到融合方式，還對(duì)影像融合框架組成有所波及,也在遙感影像融合探討的主要熱點(diǎn)之中[2-4]。下文將主要介紹IHS融合和小波變換法兩種融合方法。

1.1 IHS融合

IHS融合是基于IHS變換的融合。IHS融合通過(guò)把影像由慣用的RGB空間色彩切換至IHS空間，從而可以使影像的亮度，色調(diào)和飽和度分離開來(lái)。

基于IHS變換的融合采用全色影像代替多光譜影像的I分量，且與它的H分量和S分量組合開始IHS的逆變換得到融合圖像[5-6]。IHS融合的基本流程如圖1。

圖1 IHS融合流程圖

1.2 小波變換

小波融合是基于多分辨率分析的頻域信號(hào)分析工具。小波變換是對(duì)影像多分辨分析的方法,是信號(hào)分析處理的一種強(qiáng)大的實(shí)用工具。小波變換的多分辨分析的方法已經(jīng)被廣泛采納至多光譜圖像的融合改善中,并獲得了不錯(cuò)的成果[7-8]。

2 宿州學(xué)院影響融合過(guò)程及成果分析

本文選擇的是宿州市宿州學(xué)院東區(qū)的兩幅影像，第一張是spot單波段全色影像，分辨率為10m，尺寸是563*559。第二張是spot四波段影像，分辨率是 20m，尺寸是79*153。

2.1 IHS融合

打開ERDAS IMAGINE9.2創(chuàng)建兩個(gè)視圖窗口，分別打開兩幅圖，在待配準(zhǔn)的視圖窗口菜單欄中單擊Raster/Geometric Correction,彈出對(duì)話框，單擊多項(xiàng)式幾何糾正模型(Polynimial),點(diǎn)擊ok，彈出Geo Correction Tools對(duì)話框和Polynimial Model Properties對(duì)話框。設(shè)置多項(xiàng)式階數(shù)為2，然后單擊Apply 或Close按鈕，在彈出的GCP tool reference Setup對(duì)話框選擇Existing View，單擊ok，在系統(tǒng)提示下選擇單波段視圖窗口，繼續(xù)選擇確認(rèn)，同時(shí)打開GCP Tool控制點(diǎn)采集工具。分別在兩幅影像對(duì)應(yīng)的位置采集控制點(diǎn)，控制點(diǎn)采集如表1。

表1 控制點(diǎn)采集表

圖2 IHS融合圖

圖3 小波融合

控制點(diǎn)采集結(jié)束單擊Geo Correction Tools 上的重采樣圖標(biāo)，打開重采樣對(duì)話框設(shè)置輸出文件名，選擇重采樣方式單擊ok輸出糾正后圖像。當(dāng)圖像配準(zhǔn)結(jié)束，打開配準(zhǔn)后的圖像和單波段圖像，在ERDAS菜單欄上單擊Main/Image Interpreter/Spatial Enhancement/Mod IHS Resolution Merge 彈出Mod IHS Resolution Merge對(duì)話框。分別輸入要融合的高分辨率圖像即單波段圖像和配準(zhǔn)后的圖像，并設(shè)置傳感器參數(shù)以及配準(zhǔn)圖像的重采樣方法，然后設(shè)置Layer Selection選項(xiàng)卡，設(shè)置波段組合方法和計(jì)算方法，最后設(shè)置融合影像的輸出路徑和名稱，設(shè)置完畢單擊ok確定。IHS融合后影像如圖2。

2.2 小波融合

在ERDAS IMAGINE菜單欄上單擊Main/Image Interpreter/Spatial Enhancement/Wavelet resolution merge,彈出小波融合對(duì)話框，在彈出的窗口中錄入高分辨率影像與配準(zhǔn)影像，設(shè)置導(dǎo)出文件的名字和保存位置，以及配準(zhǔn)圖像的重采樣方法。融合后的圖像如圖3。

2.3 融合方法的評(píng)價(jià)

影像融合后的評(píng)價(jià)是融合步驟中的不能缺少的一步，是對(duì)融合后的影像做的分析比較總結(jié)，通過(guò)分析總結(jié)改善融合過(guò)程中的不足，進(jìn)一步優(yōu)化融合方法使獲得更高性能的更好利用的影像。

本文采用IHS和小波融合對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合研究，通過(guò)肉眼觀察兩種融合方法的效果，發(fā)現(xiàn)兩種方法融合后的圖像在空間信息上都有所提高，而且在一定程度上保持原有的光譜信息。但是兩種融合方法也存在微小的差距。IHS融合后的影像中建筑物相比原始單波段影像中更容易識(shí)別，操場(chǎng)顏色的對(duì)比十分明顯，各個(gè)地物更容易快速的識(shí)別辨認(rèn)，相比原始的四波段影像分辨率有了極大的提高，各地物的特征比較突出，地物邊緣清晰可見，極大的改善了影像可讀性。融合后的影像可以看出影像有朦朧感，但是不妨礙正常閱讀。本文IHS融合的質(zhì)量尺度好，可以評(píng)為四分。從小波融合的影像可以清晰的辨認(rèn)出學(xué)校各處的建筑以及各種校園設(shè)施，影像中珍珠湖和柳溪的顏色是黑色，與其他地物的顏色鮮明對(duì)比極易識(shí)別，校園操場(chǎng)綠色的跑道也十分醒目，充分地結(jié)合了單波段的高分辨率和四波段的多波段的特征，使融合后的影像更方便閱讀利用，具有更高的利用價(jià)值，融合后的影像空間細(xì)節(jié)得到增強(qiáng)，整體亮度得到提高，色彩反差明顯，無(wú)朦朧感和斑塊出現(xiàn)，且影像無(wú)明顯的影像質(zhì)量損壞，閱讀便捷，融合質(zhì)量尺度非常好，可以評(píng)為五分。從視覺感官角度比較，本文的小波融合方法明顯比IHS融合得到的影像更清晰，無(wú)明顯的質(zhì)量損壞，因此本文認(rèn)為小波融合方法優(yōu)于IHS融合方法。

3 結(jié)論

影像融合技術(shù)廣泛運(yùn)用于各個(gè)行業(yè),其理論概念和算法較復(fù)雜。需要融合的數(shù)據(jù)繁多。而且目前缺乏完整的理論體系以及合理的數(shù)學(xué)融合模型。目前的融合多數(shù)是對(duì)某一既定的領(lǐng)域所需而研究的。這些研究只局限在特定的應(yīng)用方面，且較多的融合算法量化數(shù)據(jù)信息的融合程度。由于缺乏完整的理論體系，在對(duì)圖像融合發(fā)展和應(yīng)用方面受到一定的影響。未來(lái)的研究工作重點(diǎn)主要有以下兩個(gè)方面:

(1)著重研究遙感圖像數(shù)據(jù)特征，完善融合方法以及評(píng)價(jià)體系。在進(jìn)行融合時(shí)，要參考多種因素，如圖像來(lái)源，分辨率等。避免用錯(cuò)融合方法，以自己的意愿去選擇融合方法，導(dǎo)致融合精度不準(zhǔn)確。

(2)加強(qiáng)圖片中各種分辨率的融合方法的選擇，這樣就可以加快與提高我們?cè)谶M(jìn)行地表變化檢測(cè)時(shí)的服務(wù)。融合方法的目的是在自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分辨率的提高，但是人們只是考慮到這種程度，而沒(méi)有想到對(duì)結(jié)果進(jìn)行組合，從而需要進(jìn)一步利用融合。因此，以后的研究方向可以是研究新的融合策略實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的深層次的利用。

[1]孟淑英, 張峰. 基于多重網(wǎng)格的遙感影像融合方法研究[J]. 遙感信息, 2007(05):31-34.

[2] 鄧?yán)? 陳云浩, 李京,等. 可調(diào)節(jié)自適應(yīng)遙感影像融合方法研究[J]. 光學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 25(05):593-597.

[3] 唐國(guó)良, 普杰信, 黃心漢. 一種基于IHS和小波變換的彩色圖像融合算法[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2006, 23(10):174-176.

[4] 伍娟, 盧凌, 董靜. 基于IHS變換與直方圖匹配法的遙感影像融合[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版), 2004, 28(01):55-58.

[5] 曹聞, 張勇. 基于小波包變換與IHS變換的遙感圖像融合[J]. 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào), 2004, 21(02):114-117.

[6] 肖李, 盧凌, 黃紅星. 基于改進(jìn)IHS變換的圖像融合方法[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版), 2003, 27(01):41-42.

[7] 李弼程, 魏俊, 彭天強(qiáng). 基于IHS變換與小波變換的遙感圖像融合[J]. 數(shù)據(jù)采集與處理, 2003, 18(03):268-272.

[8] 魏俊, 李弼程. 基于IHS變換、小波變換與高通濾波的遙感影像融合[J]. 信息工程大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 4(2):46-50.

[責(zé)任編輯：江雪]

Remote Sensing Image Based On IHS Transform And Wavelet Transform Fusion

DAI Hong-bao1, XU Ji-ying2,XIA Qing-sen2,CHEN Li1

(1 School of Environment and Surveying Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000,China;2. School of Resources and Civil Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000,China)

With the development of fusion technology, fusion technology becomes more mature, more and more fusion method, this article select from several common methods of research applications, For two different resolution remote sensing image fusion respectively and wavelet fusion method to experiment compared with fusion with IHS. After the integration of remote sensing images to make a quality assessment. This study has some significance for practical production.

remote sensing image; IHS transform; wavelet transform; fusion evaluation

2016-05-20

宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心開放課題(2015SZXTZXKF03)；宿州學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目(2014YKF03)；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(20151039019)

戴洪寶(1984-)，男，安徽宿州人，主要從事大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程研究。

TP751

A

1671-5330(2016)05-0092-04