[科普中國]-影像融合

問題的提出

數(shù)據(jù)觸合的概念始于20世紀70年代，進入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題。

?簡介現(xiàn)代遙感技術的顯著特點是盡可能地搜集多種傳感器、多級分辨率、多譜段和多時相技術于一身，使人們可以獲得不同空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率的遙感影像。對于遙感影像解譯來說，使用融合后的影像比單獨使用可見光影像或者多光譜影像更為有效；而對于遙感影像分類來說，融合后的影像提供了更多的細節(jié)信息，可以顯著提高分類結果的準確性。因此，圖像融合技術是未來遙感技術應用的關鍵。

遙感影像融合是信息融合技術的一種根據(jù)相應的應用目的，通過高級影像處理技術對多源影像進行復合，從而生成新的影像的過程。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)間的信息互補性，對各種遙感影像數(shù)據(jù)進行融合，以彌補單一數(shù)據(jù)的不足，提高分析的精度，并擴大數(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)的簡單疊加，它可以得到原來兒種單個數(shù)據(jù)不能提供的新數(shù)據(jù)，滿足地學分析及各種專題研究的需求。

影像融合內(nèi)容（1）影像預處理：主要是影像降噪等；

（2）空間配準：在同一空間坐標系下，建立融合影線間的空間對應關系；并對影像進行重采樣，使之具有相同的空間分辮率。

（3）內(nèi)容融合：對配準后的影像進行變換處理，并選擇相應的方法對影像

進行融合。

（4）融合質(zhì)量評價：選擇合適的指標，對融合后影像的質(zhì)量進行評價。

遙感影像融合過程多源遙感影像融合過程可分為兩個過程：數(shù)據(jù)準備和預處理與影像數(shù)據(jù)融合。

（1）數(shù)據(jù)準備和預處理：數(shù)據(jù)準備首先收集要進行融合的原始遙感影像，對遙感影像進行合適的預處理：除去原始影像中有問題的掃描線和噪聲，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；而最重要的是對要進行融合的影像進行空間配準。融合之前對多源影像數(shù)據(jù)進行高精度的配準是提高融合質(zhì)量非常關鍵的因素。

（2）影像數(shù)據(jù)融合：在進行影像數(shù)據(jù)融合時，根據(jù)實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行。在融合過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)會影響最后的融合效果，因此一種融合算法也需要進行多次試驗，同時不同融合方法之間也需要進行對比，之后才可以確定最適當?shù)娜诤戏椒ㄒ约叭诤蠒r選擇怎樣的參數(shù)。對于各種算法所獲得的融合遙感影像，根據(jù)實際需要，可進一步進行處理，如“匹配處理”和“類型變換”等，以便使研究的目標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)融合水平來劃分，可以分為:像素級觸合，特征級融合和決策級觸合三級，其特點如圖1所示。

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

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

（3）決策級融合是最高水平的融合。首先對數(shù)據(jù)進行屬性說明，然后對 其結果進行融合，得到目標的綜合屬性說明，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)求得影像間的相關系數(shù)矩陣，由相關系數(shù)矩陣計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兩類遙感影像信息進行合成。即：Binew=Bi*Bh，它由Crippen的四種分析技術演變而來，其算法公式為：

BROVEY變換融合法Brovey變換融合法是較為簡單的融合方法，它是為RGB影像顯示進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波段。

小波變換小波變換（Wavelet transform, WT）是一種新興的數(shù)學分析方法，已經(jīng)受到了廣泛的重視。該方法首先對參與融合的遙感圖像數(shù)據(jù)進行小波正變換，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行小波逆變換，生成融合圖像（見圖1）1。