一种HCS结合小波变换的遥感图像融合方法技术

本发明专利技术公开一种HCS结合小波变换的遥感图像融合方法，对低空间分辨率的多光谱影像和高空间分辨率的全色影像进行影像配准，将多光谱影像重采样至与全色影像相同像元尺寸，裁剪得到相同图幅范围的多光谱影像和全色影像等待融合；对多光谱影像进行HCS变换得到强度分量和若干角度分量；对强度分量和全色影像采用小波基进行多层二维小波分解，得到强度分量信号和全色信号；以权重将强度分量和全色信号在信号级别上加权求和，得到融合信号；采用小波基对融合信号进行多层二维小波重构，得到增强后的强度分量；对增强后的强度分量使用角度分量进行分解得到最终融合影像。本发明专利技术在接近完美地保留多光谱数据的光谱信息的同时，增强了融合结果的影像信息质量。

【技术实现步骤摘要】
一种HCS结合小波变换的遥感图像融合方法
本专利技术涉及遥感影像处理数据融合领域，更具体地，涉及一种基于HCS变换，并结合了小波理论进行增强的遥感影像融合方法。技术背景随着空间技术和遥感技术的不断发展，各式各样的资源卫星不停地提供着各种类型的遥感影像数据。而近年来的遥感影像数据大多采用低空间分辨率的多光谱影像配合高空间分辨率的全色影像的数据生产模式，以达到使产品兼顾多光谱和高空间分辨率的目的。为此，采用适当的遥感影像融合技术以得到同时具有多光谱和高空间分辨率实验材料的过程已经基本成为影像预处理的一个环节，这也促使遥感影像融合技术得到了快速发展。遥感影像融合可分为像素级融合、特征级融合和决策级融合。其中像素级融合方法发展至今已成为使用最为广泛，理论较为成熟的融合方法，其中典型代表有IHS融合、PCA融合、小波融合、滤波融合、比值法、乘积法等等。至近年来HCS变换的引入，影像融合领域开辟了一类新的具有高光谱保持性的融合技术。然而这类融合方法没有考虑影像中的空间信息，对空间细节的增强能力有限。
技术实现思路
为克服现有的基于HCS变换影像融合的不足，本专利技术提出一种基于HCS变换并且结合了小波变换的融合方法，该融合方法能够在近乎完美的保留原始数据光谱信息的同时，尽可能增强融合结果的空间信息质量。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种HCS结合小波变换的遥感图像融合方法，包括：对低空间分辨率的多光谱影像和高空间分辨率的全色影像进行影像配准，并将低空间分辨率的多光谱影像重采样至与高空间分辨率的全色影像相同像元尺寸，裁剪得到相同图幅范围的多光谱影像和全色影像等待融合；对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到强度分量和若干角度分量；对强度分量和高空间分辨率的全色影像采用某一小波基进行多层二维小波分解，得到强度分量信号和全色信号；以一定权重将强度分量信号和全色信号在信号级别上进行加权求和，得到融合信号；采用对应的小波基对融合信号进行多层二维小波重构，得到增强后的强度分量；对增强后的强度分量使用之前得到的若干角度分量进行分解得到最终融合影像。优选地，所述的对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到强度分量的方法为：{χN}＝{χ1,χ2,...,χi,...,χn}式中：I表示强度分量，n表示多光谱数据的波段总数；{χN}表示原始多光谱数据单一波段集，集合内共有n个波段，χi表示第i个波段的原始多光谱数据；优选地，所述的对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到若干角度分量的方法为：式中：表示角度分量的集合，集合内共有n-1个角度分量，表示第k个角度分量；k取值范围为1、2、3、…、n-1。优选地，所述的对强度分量和高空间分辨率的全色影像采用某一小波基进行多层二维小波分解，得到强度分量信号和全色信号的步骤为：采用某一小波基对强度分量和高空间分辨率的全色影像进行一层二维小波分解，分别得到强度分量和高空间分辨率全色影像的高频信号和低频信号；依次采用相同小波基对强度分量的低频信号和全色影像的低频信号进行下一层二维小波分解，分别得到强度分量低频信号和全色影像低频信号的高频信号和低频信号；如上述步骤不断对最底层的强度分量的低频信号和全色影像的低频信号进行下一层二维小波分解，直至分解层数达到指定分解层数要求。优选地，所述的对强度分量和高空间分辨率的全色影像采用某一小波基进行多层二维小波分解，得到强度分量信号和全色信号之前还包括：根据一定规范、目的或人为选取适当的用于小波分解的小波基和指定分解层数。优选地，所述的以一定权重将强度分量信号和全色信号在信号级别上进行加权求和，得到融合信号之前还包括：根据强度分量信号与全色信号的信号特性，按一定方法获取融合所需的权重。优选地，所述的采用对应的小波基对融合信号进行多层二维小波重构，得到增强后的强度分量的步骤为：依次采用对应的小波基对融合信号最底层的高频信号和低频信号进行二维小波重构，得到上一层的低频信号；如上进行逐层信号的重构，直至得到最顶层的增强后的强度分量。优选地，所述的对增强后的强度分量使用之前得到的若干角度分量进行分解得到最终融合影像的方法为：式中：Iadj表示增强后的强度分量，n表示多光谱数据的波段总数；表示第1个波段的融合结果，表示第h个波段的融合结果，表示最后一个波段的融合结果；表示第h个角度分量，h取值范围表示2、3、4、…、n-1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的HCS结合小波变换融合法中，在HCS变换的基础上，引入小波变换的相关理论，在信号级别上实现融合，在接近完美地保留了多光谱影像的光谱特性和光谱信息的同时，尽可能地增强了融合结果的信息质量和空间细节。这使得其在土地利用分类、道路提取，乃至定量遥感等方面可以发挥巨大的作用，为遥感学科的发展增加助力。附图说明图1为实施例1中HCS结合小波变换的遥感融合方法的流程图。图2为实施例1中的高空间分辨率全色影像图。图3为实施例1中的低空间分辨率多光谱影像图(真彩色合成)。图4为实施例1中的最终融合结果图(真彩色合成)。具体实施方式实施例1图1给出了HSC结合小波变换的遥感图像融合方法的流程图，包括以下步骤：在步骤“影像配准”中，将原始多光谱影像配准到原始全色影像上去。本实施例中，采用二次项式配准，双线性内插法重采样。在步骤“重采样”中，将多光谱影像重采样到与全色影像相同像元尺寸大小。本实施例中，采用双线性内插法进行重采样。在步骤“影像裁剪”选取适当区域裁取相同图幅范围，得到待融合的多光谱影像和全色影像。本实施例中，裁取1km*1km范围内的涵括城建区、农田、森林、水体、道路和裸土的实验区域。在步骤“HCS变换”中，依据如下公式进行强度分量和若干角度分量的提取：{χN}＝{χ1,χ2,...,χi,...,χn}式中：I表示强度分量，n表示多光谱数据的波段总数；{χN}表示原始多光谱数据单一波段集，集合内共有n个波段，χi表示第i个波段的原始多光谱数据；表示角度分量的集合，集合内共有n-1个角度分量，表示第k个角度分量；k取值范围为1、2、3、…、n-1。在步骤“分解决策”中，根据一定规范、目的或人为选取适当的用于小波分解的小波基，如Haar小波、Daubechies小波系、Biorthogonal小波系、Coiflet小波系、SymletsA小波系、Morlet小波、MexicanHat小波和Meyer小波等；同时需要指定分解层数，如单层、双层或三层等。具体地，本实施例中采用依据实验效果人工调试的方法确定小波基和分解层数，经过多次实验调试，最终确定使用SymletsA小波系中sym4小波进行2层小波分解。sym4小波可以通过如下公式获得：式中：设|m0(ω)|2为z＝ejω的W函数，那么通过不同方法分解W(z)为在W(z)的模不为1时，其存在成对的根z和当U使全部根的模严格小于1时可以得到N阶Daubechies小波，选取其他U可以得到Symlets小波。取N＝4即得到sym4小波。在步骤“小波分解”中，将强度分量与全色影像使用指定的小波基按指定的分解层数进行多层二维小波分解。具体公式如下：{I1,H1}＝＜D,Ψa,b＞{I2,H2}＝＜I1,Ψa,b＞……{In,Hn}＝＜In-1,Ψa,b＞C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种HCS结合小波变换的遥感图像融合方法，其特征在于，包括：S1.对低空间分辨率的多光谱影像和高空间分辨率的全色影像进行影像配准，并将低空间分辨率的多光谱影像重采样至与高空间分辨率的全色影像相同像元尺寸，裁剪得到相同图幅范围的多光谱影像和全色影像等待融合；S2.对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到强度分量和若干角度分量；S3.对强度分量和高空间分辨率的全色影像采用一小波基进行多层二维小波分解，得到强度分量信号和全色信号；S4.采用权重将强度分量信号和全色信号在信号级别上进行加权求和，得到融合信号；S5.采用与所述步骤S3中相同的小波基对融合信号进行多层二维小波重构，得到增强后的强度分量；S6.对增强后的强度分量使用若干角度分量进行分解得到最终融合影像。

【技术特征摘要】
1.一种HCS结合小波变换的遥感图像融合方法，其特征在于，包括：S1.对低空间分辨率的多光谱影像和高空间分辨率的全色影像进行影像配准，并将低空间分辨率的多光谱影像重采样至与高空间分辨率的全色影像相同像元尺寸，裁剪得到相同图幅范围的多光谱影像和全色影像等待融合；S2.对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到强度分量和若干角度分量；S3.对强度分量和高空间分辨率的全色影像采用一小波基进行多层二维小波分解，得到强度分量信号和全色信号；S4.采用权重将强度分量信号和全色信号在信号级别上进行加权求和，得到融合信号；S5.采用与所述步骤S3中相同的小波基对融合信号进行多层二维小波重构，得到增强后的强度分量；S6.对增强后的强度分量使用若干角度分量进行分解得到最终融合影像；所述步骤S6，对增强后的强度分量使用若干角度分量进行分解得到最终融合影像的方法为：式中：Iadj表示增强后的强度分量，n表示多光谱数据的波段总数；表示第1个波段的融合结果，表示第h个波段的融合结果，表示最后一个波段的融合结果；表示第h个角度分量，h取值范围表示2、3、4、…、n-1。2.根据权利要求1所述的HCS结合小波变换的遥感图像融合方法，其特征在于，所述步骤S2中，对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到强度分量的方法为：{χN}＝{χ1,χ2,...,χi,...,χn}式中：I表示强度分量，n表示多光谱数据的波段总数；{χN}表示原始多光谱数据单一波段集，集合内共有n个波段，χi表示第i个波段的原始多光谱数据；对低空间分辨率的多光谱影像进行HCS变换得到若干角度分量的方法为：式中：表示角度分量的集合，集合内...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，刘洋，柳林，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44