[發(fā)明專利]基于非負稀疏矩陣與超球面彩色變換的圖像融合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710279800.5
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107169946B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何貴青;邢思遠;夏召強;馮曉毅;李會方;謝紅梅;吳俊;蔣曉悅
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發(fā)明提供了一種基于非負稀疏矩陣與超球面彩色變換的圖像融合方法，涉及圖像融合領(lǐng)域，本發(fā)明通過使用一種非負矩陣分解算法對全色和多光譜圖像共同提取亮度分量，然后對亮度分量進行建模計算并調(diào)整，再使用超球面彩色變換對圖像進行融合，得到融合結(jié)果圖像，本發(fā)明利用NMF算法將全色圖像和多光譜圖像結(jié)合起來提取I分量，在解決光譜匹配性差的問題的同時，提高了亮度分量的提取精度，通過利用全色圖像及其濾波后的圖像對I分量進行調(diào)整，更好的融入了空間細節(jié)信息，最大限度地防止了光譜畸變，使得新型衛(wèi)星的融合結(jié)果圖像在空間細節(jié)信息融入方面和光譜特性保持方面都較現(xiàn)有算法有很大的提高，主觀評價與客觀分析結(jié)果能夠達到一致。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像融合領(lǐng)域，尤其是一種星載全色與多光譜圖像融合方法。

背景技術(shù)

近年來，搭載全色與多光譜圖像傳感器的衛(wèi)星相繼升空，全色圖像與多光譜圖像的融合研究隨之成為衛(wèi)星遙感領(lǐng)域一個重要而活躍的研究方向，在遙感領(lǐng)域里，往往需要同時具有高空間分辨率和高光譜分辨率的多光譜圖像，圖像融合技術(shù)就是綜合全色與多光譜圖像的特點與優(yōu)勢，利用高空間分辨率的全色圖像去提高多光譜圖像的空間分辨率，同時盡量保持多光譜圖像的光譜特性，從而克服單一衛(wèi)星傳感器獲取信息的局限性，獲得更加詳細的場景信息。

2009年10月，新型地球觀測衛(wèi)星WorldView-2由美國DigitalGlobe公司發(fā)射升空，該新型衛(wèi)星在高分辨圖像上的表現(xiàn)非常突出：能夠同時提供8波段1.84m分辨率的多光譜圖像和單波段0.46m分辨率的全色圖像。與前期衛(wèi)星相比，如，Landsat、SPOT、IKONOS、QuickBird、THEOS、GeoEye-1等，WorldView-2衛(wèi)星在高分辨圖像上的突出表現(xiàn)集中在：圖像波段數(shù)增多、分辨率更高，且光譜范圍更寬、光譜劃分更細，這也導(dǎo)致全色圖像與多光譜圖像的光譜覆蓋范圍變窄，光譜匹配性差。隨著美國DigitalGlobe與GeoEye兩公司于2013年1月完成合并，后續(xù)研制的新型衛(wèi)星表現(xiàn)在遙感圖像中的上述特點將會更加突出。例如，2014年8月發(fā)射的WorldView-3衛(wèi)星能夠提供0.31m分辨率的全色圖像和1.24m分辨率的8波段多光譜圖像；2016年11月11日發(fā)射的WorldView-4衛(wèi)星是美國DigitalGlobe與GeoEye兩公司合并之后的又一重磅產(chǎn)品，其傳感器與WorldView-3具有相同的分辨率，即0.31m的全色波段分辨率和1.24m的多光譜分辨率，但WorldView-4的高分辨率影像能支持用戶進行前所未有的精確的2D或3D地圖制圖、變化監(jiān)測和圖像分析。由此可以看出，WorldView系列的新型衛(wèi)星圖像代表了下一代超高分辨率遙感圖像的發(fā)展趨勢，但同時也使現(xiàn)有的融合方法適應(yīng)性變差，難以解決新型衛(wèi)星“光譜匹配變差”的問題，因此融合效果不佳。

關(guān)于全色與多光譜圖像的融合方法，國內(nèi)外學(xué)者進行了廣泛深入的研究，其中大都具有提取亮度分量的過程。例如，PCA變換算法能夠?qū)崿F(xiàn)空間細節(jié)信息的有效融入，但卻由于丟失部分多光譜圖像的光譜信息，而造成光譜失真問題。MSFIM算法是一種基于亮度平滑濾波調(diào)制(Smoothing Filter-based Intensity Modulation，SFIM)算法的改進算法，這種改進算法雖然改善了細節(jié)信息的融入效果，卻產(chǎn)生了較SFIM算法更大的光譜畸變。為降低MSFIM方法中的光譜畸變，則需要改變I分量與全色圖像的比值，使其比值更接近于1，也就是使I分量與全色圖像的光譜響應(yīng)特性更相似。HCS變換算法雖然具有良好的光譜保持特性，但卻在提取亮度分量時丟失了部分空間細節(jié)信息，導(dǎo)致融合效果在細節(jié)信息融入方面不夠理想。綜上所述，目前關(guān)于全色與多光譜圖像的融合中大都具有提取亮度分量的過程，該過程所用方法主要包括均值法、加權(quán)均值法和各波段的算術(shù)平均法等，這些方法主要針對傳統(tǒng)的IKONOS、QuickBird等4波段星載多光譜與全色圖像為研究對象展開研究，但是此類方法應(yīng)用在WorldView系列新型衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)時，由于存在“光譜匹配差”的問題，所以提取的亮度分量不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致空間信息融入時融合結(jié)果的光譜畸變明顯。