[發明專利]基于引導濾波與稀疏表示的遙感影像融合方法

在審

• 申請號: 202210356388.3
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114708178A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 金偉其;李穎捷;左東升;郭宏;裘溯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T3/40;G06V10/56;G06V10/44;G06V10/75;G06V10/77;G06V10/772;G06V10/80;G06K9/62
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的一種基于引導濾波與稀疏表示的遙感影像融合方法，屬于遙感圖像處理技術領域。本發明實現方法為：對多光譜影像進行非線性HSV變換降低圖像混疊，減小計算量；使用引導濾波的手段，對全色影像和多光譜影像的細節信息進行多次的提取，得到有效提取結構特征信息的細節影像；通過稀疏表示對全色影像和多光譜影像的低頻信息進行融合，充分利用圖像低頻信息的能量；根據提取的高頻分量結構特征信息和低頻分量信息，融合得到新的亮度圖像V'，即基于引導濾波與稀疏表示實現遙感影像融合，顯著提高多光譜影像的分辨率；并對亮度圖像V'進行HSV空間逆變換，實現多光譜影像的超分辨成像。本發明利用全色影像直接重構低頻字典，減少了由于缺少理想影像訓練字典帶來的結果的不確定性。

技術領域

本發明涉及一種基于引導濾波與稀疏表示的遙感影像融合方法，屬于遙感圖像處理技術領域。

背景技術

在遙感領域，由于傳感器相關技術的限制，遙感衛星難以同時獲取具有高空間分辨率和高光譜分辨率的遙感影像。光學遙感衛星獲取的全色影像(PAN)具有高空間分辨率，能夠體現地物細節信息，但缺少地物光譜與色彩信息，多光譜影像包含地物對不同波段的光譜特性，能夠為地物目標的識別分類提供有效的色彩信息，但其空間分辨率相比全色影像較低，因此，需要利用全色影像對多光譜影像進行超分辨率融合處理以實現多光譜影像分辨率的提升，提高基于高分辨多光譜地面遙感圖像的地面特征目標的分類識別能力

多光譜影像和全色影像的融合可以看作是多源圖像融合，一般采用三種方法：1)直接對圖像像素或在其他變換域執行融合的方法；其利用全色影像代替多光譜影像的強度信息或者第一主成分分量來實現的。2)基于多尺度分解的方法；其將通過全色圖像的多分辨率分解得到的空間細節注入重采樣的多光譜階段來實現的。3)基于稀疏表示的方法；其通過求解超分辨率圖像重建這個NP方法來實現的。方法1)的缺點為：沒有考慮到全色影像和多光譜影像光譜響應之間的局部差異，因此可能會在融合圖像中造成顏色失真。方法2)的缺點為：由于此方法涉及到信號濾波及像素級融合，所以融合結果容易出現混疊效應，會引起輪廓或紋理的偏移和模糊。且多尺度變換雖然在不同尺度提取各種空間結果，但是不能稀疏地表示低頻分量，由于低頻分量包含大量能量，這時如果直接用平均或最大值選取低頻系數，則會降低融合效果。方法3)的缺點為：一是缺少高分辨率多光譜影像，字典建立困難。二是字典中atoms數量的限制使小尺度細節信息(細節信息)較難重構。

綜上所述，設計一種運行時間短，光譜保真度高，并能有效提高空間分辨率的多光譜影像超分辨算法十分有必要。如何更好的提取全色影像空間細節，并在空間細節的注入過程中減少由于傳感器光譜響應不同等原因帶來的色彩混疊等現象，同時產生有利于人們目譯及分類的遙感影像仍然是值得解決的關鍵問題。

發明內容

本發明主要目的是提供一種基于引導濾波與稀疏表示的遙感影像融合方法，對多光譜影像進行非線性HSV(六角錐體)變換降低圖像混疊，減小計算量；使用引導濾波的手段，對全色影像和多光譜影像的細節信息進行多次的提取，得到有效提取結構特征信息的細節影像；通過稀疏表示對全色影像和多光譜影像的低頻信息進行融合，充分利用圖像低頻信息的能量；根據提取的高頻分量結構特征信息和低頻分量信息，融合得到亮度圖像V'，即基于引導濾波與稀疏表示實現遙感影像融合，顯著提高多光譜影像的分辨率；并對亮度圖像V'進行HSV空間逆變換，實現多光譜影像的超分辨成像。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的一種基于引導濾波與稀疏表示的遙感影像融合方法，首先，對插值后的多光譜影像進行非線性HSV變換，得到非線性HSV變換后的多光譜影像，并對變換后提取的V分量與全色影像進行直方圖匹配。其次，使用引導濾波的手段多次提取全色影像與多光譜影像亮度分量V的邊緣細節信息，并通過稀疏表示對利用引導濾波提取的全色影像和多光譜影像的低頻信息進行融合。最后，將提取后的高頻分量結構特征信息和提取后的低頻分量信息，融合得到亮度圖像V'，并對亮度圖像V'進行HSV空間逆變換，實現多光譜影像的超分辨成像。相比于HIS等算法，本發明運行時間短，光譜保真度高，并能有效提高空間分辨率。