基于影像局部光谱特性的遥感影像融合方法技术

一种基于影像局部光谱特性的遥感影像融合方法，结合遥感影像的局部相关矩和局部方差进行融合，在对多光谱影像进行ＩＨＳ变换的基础上，对变换后得到的Ｉ分量和高光谱影像进行直方图匹配，然后对匹配后的Ｉ分量和高光谱影像分别进行小波变换。对小波分解后的低频分量采取基于局部归一化相关矩融合准则进行融合，而对高频分量采取基于方差的融合准则进行融合，对融合后的各小波分量进行重建，得到新的Ｉ分量，最后用新的Ｉ分量和原来的Ｈ、Ｓ分量进行ＩＨＳ反变换，得到融合结果。本发明专利技术在很好地保持多光谱影像的光谱信息的同时，提高了多分辨率遥感影像的空间分辨率，其融合效果比较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于影像局部光谱特性，结合遥感影像的局部相关矩和局部方差进行融合的方法(LCMD法)，是图像分析领域中的一项像素级图像融合方法，在农业、军事等领域中有着广泛的应用。
技术介绍
随着遥感技术的发展，现代遥感系统已能为用户提供多种高空间分辨率、波谱分辨率和时间分辨率的图像数据，遥感技术的应用逐步从单一传感器数据的分析应用转向多波段、多传感器、多平台、多时相、多分辨力数据的综合分析与应用。高分辨率卫星影像的获取目前可以以两种不同方式进行一种是高空间分辨率全色方式，另一种是高光谱分辨率的多光谱方式。全色影像的特征是具有很高的空间分辨率，而多光谱影像提供地物丰富的光谱信息。为了将全色影像的高空间分辨率与低分辨率多光谱影像的基本光谱信息的各自优势富集起来，可将这两类影像进行融合，得到的影像应具有较高的几何信息内容，同时仍保持了良好的光谱信息质量。将高空间分辨率的影像和多光谱影像(低分辨率)进行融合，这一技术中具有代表性的方法有彩色空间变换(IHS变换)、PCA(主成分分析)变换、HPF(高通滤波)方法、多分辨率小波分析等。多分辨率小波分析是一种新的时域/频域信号分析工具，它可以把信号分解到更低分辨率水平上的信号表示，这样就能使人们很容易地找到变换后的小波系数和原始图像内容在空间和频率域两方面的对应关系。全色影像和多光谱影像融合，通常是对来自低空间-高光谱分辨率传感器的光谱信息和低光谱-高空间分辨率传感器的空间信息的一种平衡，而对于小波变换融合方法，则可以通过调整小波分解的级数来比较容易地控制这种平衡。近年来，多分辨率小波分析方法已被广泛地用于多传感器图像数据的融合之中，而且这种方法最大限度地保留了原多光谱影像的光谱信息。在遥感影像处理中一般采用二维小波。影像经小波分解后，根据不同融合目的，对小波分解子带和基带分别采取特定的融合算法进行处理，最后逆变换即得融合影像。在融合过程中，所采取的融合准则将决定所得到融合图象的质量，一般的准则有基于像素的与基于区域的。基于像素的准则是取对应点灰度绝对值的最大值；基于局部方差的融合准则是如图A图像小波系数图像中某一点周围窗口内的方差大于等于B图像小波系数图像中对应点周围窗口内的方差，则该级融合的小波系数图像在该点值为图像A的小波系数，反之为图像B的小波系数。以上2种准则都可称为最大准则。在融合过程中，还有采用基于局部梯度和基于局部能量的融合准则，以及在不同基带采取不同权重进行融合的融合准则。最大值准则和局部梯度准则在选取小波系数时，因容易受到孤立噪声点的影响，从而可能会导致选择错误的分解系数。对于局部方差准则和能量准则来说，又都是对局部窗口内的分解系数做整体考虑，而对窗口内每个像素所包含的独立信息考虑不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种，在提高多光谱影像空间分辨率的同时，更好地保留多光谱影像的光谱信息。为实现这样的目的，本专利技术在对多光谱影像进行IHS变换的基础上，对变换后得到的I分量和高光谱影像进行直方图匹配，然后对匹配后的I分量和高光谱影像分别进行小波变换。为了保护多光谱影像的光谱信息，对高频和低频分别采用局部方差和局部归一化相关矩进行融合，融合后的各小波分量重建得到新的I分量，再用新的I分量与原来的H、S分量进行IHS反变换，得到最后融合结果。本专利技术的基于影像局部光谱特性的遥感影像融合包括如下具体步骤 1.对多光谱影像进行IHS彩色空间变换，得到多光谱图像的强度分量I、色度分量H、饱和度分量S，保留H、S分量不变。2.对IHS变换后得到的I分量与高光谱影像进行直方图匹配先分别计算多光谱影像I分量和高光谱影像的直方图，以多光谱影像I分量的直方图为参考，进行直方图匹配。3.对匹配后的I分量和高光谱影像分别进行小波变换，得到多光谱影像I分量和高光谱影像的低频分量和高频分量。4.对小波分解后的低频分量采取基于局部归一化相关矩融合准则进行融合采用3*3窗口，分别计算多光谱影像I分量和高光谱影像低频分量的局部归一化相关矩。融合规则为如一幅图像小波系数图像中某一点周围窗口内的局部归一化相关矩大于等于另一幅图像小波系数图像中对应点周围窗口内的局部归一化相关矩，则该级融合的小波系数图像在该点值就为这幅图像的小波系数，反之为另一幅图像的小波系数。5.对小波分解后的高频分量采取基于方差融合准则进行融合采用3*3窗口，分别计算多光谱影像I分量和高光谱影像高频分量的局部方差。融合过程中采取基于方差的融合准则如一幅图像小波系数图像中某一点周围窗口内的方差大于等于另一幅图像小波系数图像中对应点周围窗口内的方差，则该级融合的小波系数图像在该点值为这幅图像的小波系数，反之为另一幅图像的小波系数。6.对融合后的低频分量和高频分量进行重建，得到新的I分量。7.用新的I分量和步骤1得到的H、S分量进行IHS反变换，得到融合结果。本专利技术的图像融合方法具有如下有益效果在对高空间分辨率的全色影像和多光谱影像(低分辨率)进行融合时，对小波变换后的低频分量采用基于局部归一化相关矩的融合准则，对高频分量采用基于局部方差的融合准则，进行融合。融合的影像，在很好的保留原多光谱影像的光谱信息的同时，提高了原多光谱影像的分辨率。附图说明图1为一组图像分别用基于像素选取法、基于区域选取法以及本专利技术LCMD法融合结果的对照图。图中，(a)和(b)分别为原始彩色图像和原始全色图像；(c)，(d)，(e)分别为基于像素选取法、基于区域选取法以及本专利技术LCMD法融合结果。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，以下对本专利技术的实施方式作进一步描述。各部分具体实施细节如下1.对多光谱影像进行IHS变换用下面的公式对多光谱影像处理，把多光谱影像变换到IHS空间，得到多光谱影像的I、H、S三个分量；IV1V2=1/31/31/31/61/6-2/61/2-1/20RGB]]>其中H＝tan-1(V2/V1)，S=V12+V22;]]>I是强度分量，H是色度分量，S是饱和度分量；V1，V2是中间变量。2.对变换后得到的I分量与高光谱影像进行直方图匹配具体做法是先分别计算多光谱影像I分量和高光谱影像的直方图，以多光谱影像I分量的直方图为参考，进行直方图匹配；3.对匹配后的I分量和高光谱影像分别进行小波变换，得到多光谱影像I分量和高光谱影像的低频分量和高频分量；4.对小波分解后的低频分量采取基于局部归一化相关矩融合准则进行融合具体做法是采用3*3窗口，按照下式分别计算多光谱影像I分量的相关矩和高光谱影像低频分量的相关矩 其中， 表示所比较的小波图象中第j个窗口内第i个像素对应的小波系数值，μj表示第j个窗口内小波系数的均值，σj表示第j个窗口内所有像素对应小波系数的标准差，k＝1，2，3分别是水平高频分量系数、垂直高频分量系数和对角高频分量系数符号。在对低频分量融合时，采取基于局部归一化相关矩的融合准则如图A图像小波系数图像中某一点周围窗口内的归一化相关矩大于等于B图像小波系数图像中对应点周围窗口内的归一化相关矩，则该级融合的小波系数图像在该点值为图像A的小波系数，反之为图像B的小波系数。5.对小波分解后的各个方向上的高频分量采取基于局部方差的融合准则，进行融合具体做法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于影像局部光谱特性的遥感影像融合方法，其特征在于结合遥感影像的局部相关矩和局部方差进行融合，具体包括如下步骤：１）对多光谱影像进行ＩＨＳ彩色空间变换，得到多光谱图像的强度分量Ｉ、色度分量Ｈ、饱和度分量Ｓ，保留Ｈ、Ｓ分量不变；　 　２）对ＩＨＳ变换后得到的Ｉ分量和高光谱影像进行直方图匹配：先分别计算多光谱影像Ｉ分量和高光谱影像的直方图，以多光谱影像Ｉ分量的直方图为参考，进行直方图匹配；３）对匹配后的Ｉ分量和高光谱影像分别进行小波变换，得到多光谱影像Ｉ分量 和高光谱影像的低频分量和高频分量；４）对小波分解后的低频分量采取基于局部归一化相关矩融合准则进行融合：采用３＊３窗口，分别计算多光谱影像Ｉ分量和高光谱影像低频分量的局部归一化相关矩，融合规则为：如一幅图像小波系数图像中某一点周围窗口 内的局部归一化相关矩大于等于另一幅图像小波系数图像中对应点周围窗口内的局部归一化相关矩，则该级融合的小波系数图像在该点值就为这幅图像的小波系数，反之为另一幅图像的小波系数；５）对小波分解后的高频分量采取基于方差融合准则进行融合：采用 ３＊３窗口，分别计算多光谱影像Ｉ分量和高光谱影像高频分量的局部方差，融合过程中采取基于方差的融合准则：如一幅图像小波系数图像中某一点周围窗口内的方差大于等于另一幅图像小波系数图像中对应点周围窗口内的方差，则该级融合的小波系数图像在该点值为这幅图像的小波系数，反之为另一幅图像的小波系数；６）对融合后的低频分量和高频分量进行重建，得到新的Ｉ分量；７）用新的Ｉ分量和步骤１得到的Ｈ、Ｓ分量进行ＩＨＳ反变换，得到融合结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：敬忠良，杨旭红，李建勋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]