高分辨率遙感圖像融合技術的研究

劉 鋼，郭 晗（.吉林建筑大學，3008; .長春工業大學，30000）

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高分辨率遙感圖像融合技術的研究

劉 鋼1，郭 晗2
（1.吉林建筑大學，130018; 2.長春工業大學，130000）

摘要：圖像融合已成為圖像理解和計算機視覺領域中的一項重要而有用的新技術，多源遙感圖像數據融合也成為遙感領域的研究熱點，其目的是將來自多信息源的圖像數據加以智能化合成，產生比單一傳感器數據更精確、更可靠的描述和判決，使融合圖像更符合人和機器的視覺特性，更有利于諸如目標檢測與識別等進一步的圖像理解與分析。

關鍵詞：圖像融合；多源遙感；多光譜

1　三個層次的遙感圖像融合

遙感圖像信息融合是將多源遙感數據在統一地理坐標系中，采用一定的算法生成一組新的信息或合成圖像的過程。不同的遙感數據具有不同的空間分辨率、波譜分辨率和時相分辨率，如果能將它們各自的優勢綜合起來，可以彌補單一圖像上信息的不足，這樣不僅擴大了各自信息的應用范圍，而且大大提高了遙感影像分析的精度。

圖像融合的處理通?？稍谌齻€不同層次上進行：像素級融合、特征級融合、決策級融合。像素層圖像融合是對原始圖像進行融合形成一幅新的圖像。像素層圖像融合可用來增加圖像中每一個像素的信息內容，為下一步圖像處理提供更多的特性信息，可以更容易識別潛在目標。如果參加融合的圖像具有不同分辨率，則需要在圖像相應區域作映射處理。像素層圖像融合一般要求傳感器在空間上精確對準，通常將多個傳感器置于同一平臺上來達到這一要求。像素層的圖像融合方法是一種低層次的融合，保留了盡可能多的信息，精度比較高。

2　像素層的數據融合算法

多源遙感影像像素級融合方法很多，從作用域出發可分為空間域和變換域融合兩類?？臻g域融合法是指采用某種算法直接對空間配準的高空間分辨率圖像和低分辨率多光譜圖像在空間域進行處理，獲得融合圖像，如直接融合、加權融合、高通濾波融合法等。

1）加權融合法。加權運算是將待融合的兩幅圖像視為兩個二維矩陣，將兩幅圖像上空間位置對應的像元值進行加權相加，加權之和作為新圖像在該空間位置上的像元值。圖像灰度值的平均可看作是灰度值加權平均的特例。對于多光譜圖像的融合，使用時可將多光譜圖像分解為K個灰度圖像，然后分別進行融合處理，最后再將它們合成為一個多光譜圖像。

2）Brovey圖像融合法。Brovey圖像融合也稱為色彩標準化變換融合，其思想是將多光譜圖像的像方空間分解為色彩和亮度成分并進行計算。是一種常用于多光譜圖像增強的比值變換融合方法，比值變換能消除空間或時間變換后產生的增益和偏置因子。該方法主要應用于假設高分辨率全色圖像的光譜相應范圍與低分辨率多光譜圖像相同或相近。得到融合圖像的各個波段數據后，還必須對其進行灰度拉伸，使其灰度值范圍與源多光譜圖像各個波段的灰度值范圍一致，最終得到彩色的融合圖像。

3）HIS變換融合法。在計算機內定量處理色彩時，通常采用RGB表色系統，但在視覺上定性地描述色彩時，采用HIS顯色系統更直觀些。HIS顯色系統采用色調（Hue）、飽和度

（Saturation）、亮度（Intensity）表示顏色。亮度（I）是指顏色的光亮程度，它主要反映的是源圖像地物反射的全部能量和圖像上所反映的空間信息；色度（H）是指一種顏色的最大或平均波長分布，代表顏色屬性，而飽和度（S）是指一種顏色相對于灰度的純度。RGB空間和HIS空間相互轉化的處理過程稱之為HIS變換和反變換。在所有的彩色變換技術中，HIS變換最符合人的視覺效果?？梢赃M行多源遙感圖像之間的信息融合。HIS變換有效地分離了RGB圖像的強度和光譜信息，這三種特征之間的相關性變得很低，基本認為三者之間是相互獨立的，因而有利于對圖像光譜信息的保持。

3　對圖像融合方法的評價

1）主觀評價方法。主觀評定法具有簡單、直觀的優點，對明顯的圖像信息可以進行快捷、方便的評價，在一些特定應用中是十分可行的。主觀評價法可以用于判斷融合圖像是否配準，如果配準的不好，那么圖像就會出現重影；可通過直接比較圖像差異來判斷光譜是否扭曲和空間信息的傳遞性能以及是否丟失重要信息；判斷融合圖像紋理及色彩信息是否一致；判斷融合圖像整體亮度、色彩反差是否合適，是否有蒙霧或馬賽克等現象出現；判斷融合圖像的清晰度是否降低、圖像邊緣是否清楚等。

2）客觀評價方法。對融合前的源圖像和融合結果圖像求交叉熵，即可得到融合圖像與源圖像的差異。差異越小，則該融合方法從源圖像提取的信息量越多。因此，使用交叉熵可以準確地確定各種融合效果的優劣。交互信息量是信息論中的一個重要概念，它可作為兩個變量之間相關性的量度，或一個變量包含另一個變量的信息量的量度。因此，在這里借用這個概念來衡量融合圖像與源圖像的互信息，從而評價融合的效果。

4　總結

本文介紹了三個層次的多源遙感圖像融合的概念、特點和適用情況，重點介紹了多源遙感圖像像素層常用的融合方法，并且通過實驗對所介紹的方法進行了比較；對融合效果的評價方法進行了深入的研究，在已有的評價方法的基礎上將它們進行了整理，并按使用條件的不同將它們分類。不同的評價方法有不同的特點和使用范圍，在具體使用中，應根據不同的目的來選取。評價標準的選取是否恰當，關系到是否能正確和有效地評判融合圖像質量的好壞和融合方法的優劣。對圖像融合效果在主觀目視評價的基礎上，進行客觀定量評價。

參考文獻

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Research on high resolution remote sensing image fusion technology

Liu Gang1，Guo Han2
（1.Jilin Jianzhu University，130118;2.Changcun University of Technolgy，130000）

Abstract：Image fusion has become in the field of image understanding and computer vision a important and useful new technology，multi-source remote sensing image fusion has become research hotspot in the field of remote sensing and its purpose is the future image data from multiple sources of information to be intelligent synthesis，than that of single sensor data more accurate and more reliable description and decision. The fusion image more in line with the visual characteristics of human and machine， more conducive to such as target detection and recognition of further image analysis and understanding.

Keywords：Image fusion;multi source remote sensing; multi spectrum