[科普中國(guó)]-影像融合

問(wèn)題的提出

數(shù)據(jù)觸合的概念始于20世紀(jì)70年代，進(jìn)入90年代以后，隨著多種遙感衛(wèi)星的發(fā)射成功，不同空間分辮率、光譜分辮率以及時(shí)間分辮率的遙感影像被獲得。這些數(shù)據(jù)間不僅存在著一定的互補(bǔ)性，且存在一定的元余，如何有效地整合這些數(shù)據(jù)以獲得更為豐富的信息成為亟待解決的問(wèn)題。

?簡(jiǎn)介現(xiàn)代遙感技術(shù)的顯著特點(diǎn)是盡可能地搜集多種傳感器、多級(jí)分辨率、多譜段和多時(shí)相技術(shù)于一身，使人們可以獲得不同空間分辨率、時(shí)間分辨率和光譜分辨率的遙感影像。對(duì)于遙感影像解譯來(lái)說(shuō)，使用融合后的影像比單獨(dú)使用可見(jiàn)光影像或者多光譜影像更為有效；而對(duì)于遙感影像分類來(lái)說(shuō)，融合后的影像提供了更多的細(xì)節(jié)信息，可以顯著提高分類結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，圖像融合技術(shù)是未來(lái)遙感技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

遙感影像融合是信息融合技術(shù)的一種根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用目的，通過(guò)高級(jí)影像處理技術(shù)對(duì)多源影像進(jìn)行復(fù)合，從而生成新的影像的過(guò)程。到目前為止，人們提出的遙感影像融合方法有百余種，其中較為常用的有IHS變換法、主分量變換法(PCA)、BROVEY、乘法以及基于小波的融合法等。

影像融合目的（1）消除元余數(shù)據(jù)，突出有用的專題數(shù)據(jù)。

（2）利用多源數(shù)據(jù)間的信息互補(bǔ)性，對(duì)各種遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以彌補(bǔ)單一數(shù)據(jù)的不足，提高分析的精度，并擴(kuò)大數(shù)據(jù)的使用范圍。

（3）提高信息的協(xié)調(diào)能力，融合并非是幾種數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單疊加，它可以得到原來(lái)兒種單個(gè)數(shù)據(jù)不能提供的新數(shù)據(jù)，滿足地學(xué)分析及各種專題研究的需求。

影像融合內(nèi)容（1）影像預(yù)處理：主要是影像降噪等；

（2）空間配準(zhǔn)：在同一空間坐標(biāo)系下，建立融合影線間的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系；并對(duì)影像進(jìn)行重采樣，使之具有相同的空間分辮率。

（3）內(nèi)容融合：對(duì)配準(zhǔn)后的影像進(jìn)行變換處理，并選擇相應(yīng)的方法對(duì)影像

進(jìn)行融合。

（4）融合質(zhì)量評(píng)價(jià)：選擇合適的指標(biāo)，對(duì)融合后影像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

遙感影像融合過(guò)程多源遙感影像融合過(guò)程可分為兩個(gè)過(guò)程：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和預(yù)處理與影像數(shù)據(jù)融合。

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和預(yù)處理：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備首先收集要進(jìn)行融合的原始遙感影像，對(duì)遙感影像進(jìn)行合適的預(yù)處理：除去原始影像中有問(wèn)題的掃描線和噪聲，以便增加影像質(zhì)量，提高融合效果；根據(jù)影像融合范圍進(jìn)行裁減，這樣可以減少融合像元數(shù)目，提高速度；而最重要的是對(duì)要進(jìn)行融合的影像進(jìn)行空間配準(zhǔn)。融合之前對(duì)多源影像數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度的配準(zhǔn)是提高融合質(zhì)量非常關(guān)鍵的因素。

（2）影像數(shù)據(jù)融合：在進(jìn)行影像數(shù)據(jù)融合時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要和融合目的選擇合適的融合方法，按照各種方法的原理和步驟進(jìn)行。在融合過(guò)程中每一步變換都有一系列的參數(shù)要確定和選擇，這些參數(shù)會(huì)影響最后的融合效果，因此一種融合算法也需要進(jìn)行多次試驗(yàn)，同時(shí)不同融合方法之間也需要進(jìn)行對(duì)比，之后才可以確定最適當(dāng)?shù)娜诤戏椒ㄒ约叭诤蠒r(shí)選擇怎樣的參數(shù)。對(duì)于各種算法所獲得的融合遙感影像，根據(jù)實(shí)際需要，可進(jìn)一步進(jìn)行處理，如“匹配處理”和“類型變換”等，以便使研究的目標(biāo)得到更加清晰的表示。

影像融合方法分類遙感影像融合根據(jù)融合水平來(lái)劃分，可以分為:像素級(jí)觸合，特征級(jí)融合和決策級(jí)觸合三級(jí)，其特點(diǎn)如圖1所示。

（1）像素級(jí)融合盡可能多的保留信息，具有最高的精度，是三級(jí)中研究 最為成熟的一級(jí)。

（2）特征級(jí)融合是一種中等水平的融合。首先將遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取， 然而按照特征信息對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、聚集和綜合，產(chǎn)生特征向 量，而后融合這些特征向量。

（3）決策級(jí)融合是最高水平的融合。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性說(shuō)明，然后對(duì) 其結(jié)果進(jìn)行融合，得到目標(biāo)的綜合屬性說(shuō)明，為控制或決策提供依據(jù)。

常用融合方法主分量變換又稱K-L變換，利用主分量變化，在融合處理中，首先由多光譜影像數(shù)據(jù)求得影像間的相關(guān)系數(shù)矩陣，由相關(guān)系數(shù)矩陣計(jì)算特征值和特征向量，求得各主分量影像；然后將高空間分解力影像數(shù)據(jù)進(jìn)行直方圖匹配，使其與第一主分量影像數(shù)據(jù)具有相同的直方圖；最后用由直方圖匹配生成的高空間分解力影像來(lái)代替第一主分量，將它同其他主分量一起經(jīng)逆主分量變換得到融合的影像。

乘積變換乘積變換利用最基本的乘積組合算法直接對(duì)兩類遙感影像信息進(jìn)行合成。即：Binew=Bi*Bh，它由Crippen的四種分析技術(shù)演變而來(lái)，其算法公式為：

BROVEY變換融合法Brovey變換融合法是較為簡(jiǎn)單的融合方法，它是為RGB影像顯示進(jìn)行多光譜波段顏色歸一化，將高分辨率全色與各自相乘完成融合。其計(jì)算公式為：

式中，pan表示高分辨率全色影像，band1、band2、band3表示多光譜影像的三個(gè)波段。

小波變換小波變換（Wavelet transform, WT）是一種新興的數(shù)學(xué)分析方法，已經(jīng)受到了廣泛的重視。該方法首先對(duì)參與融合的遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行小波正變換，將圖像分解為高頻信息和低頻信息。分別抽取來(lái)自高空間分辨率影像分解后的高頻信息和低空間分辨率的低頻信息進(jìn)行小波逆變換，生成融合圖像（見(jiàn)圖1）1。