[发明专利]一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，属于高光谱遥感图像融合技术领域。

(二)背景技术：

高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(Hyperspectral Remote Sensing)的简称，是目前遥感技术的前沿，它是一项集空间科学、计算机技术、探测器和精密光学机械、微弱信号检测、高速信息处理技术于一体的综合性技术，利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体中获取有关数据。在成像过程中，高光谱遥感技术利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物成像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，大大提高了对地面目标解析的可靠程度。高光谱数据的基本特点是光谱分辨率高、数据量大、信息量丰富，用上百个连续且窄的光谱波段描述一个像元，能够产生一条完整而连续的光谱曲线。高光谱图像的光谱分辨率高，但空间分辨率较低，而可见光图像具有较高的空间分辨率，两者互补，采用一定的融合算法处理，可以获取高质量融合图像，既保持图像的光谱特性又能获取较高的空间分辨率。

目前存在的图像融合方法，大多为在像素级别针对多光谱图像的融合方法。其中经典的方法有直接加权、主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)、小波变换等方法。它们在多光谱图像融合领域被研究的比较充分，但是在高光谱图像融合领域，相关的研究还比较少，多是将现有的方法直接移植，由于移植过程中一般不对数据的光谱做针对性的研究，结果不是很理想。本发明针对上述情况，提出一种基于光谱约束的方法以实现高光谱图像融合，融合效果较好。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，该方法克服了现有技术的不足，它是基于非负矩阵分解算法，并引入光谱约束来进行高光谱图像融合。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，它包括如下步骤：

步骤一：计算机读取数据。首先计算机在MATLAB 7.1下读取成像光谱仪所得到的高光谱图像数据(本发明中高光谱数据来源于中国HJ-1A卫星搭载的成像光谱仪拍摄的青海省托素湖遥感图像，含有100个谱段，空间分辨率为100m)，再读取已经手工配准过的高分辨率图像数据(本发明数据来源于Google-Map提供的高分辨率影像)。

本发明中的高光谱图像数据为100谱段*256像素*200像素大小的三维数据立方体，其中100表示谱段数，256*200表示每一谱段图像大小。以下用V表示融合前的图像集，V_f表示融合后的的图像集，他们的大小都是N*100。其中，N＝row*col，row和col分别表示图像的行数和列数，V的第i行包含这一像素点的光谱信息。

步骤二：建立目标函数。首先建立高光谱图像融合的目标函数，它包括两项：

第一项为高光谱图像进行非负矩阵分解的目标函数，形式如下：

F(W,H)=12||V-WH||2]]>

s.t.W≥O，H≥O

式中，V是将100个波段的高光谱图像作为列向量组成的图像矩阵；W是矩阵V进行非负矩阵分解得到的特征基；H是权重系数矩阵。

第二项为光谱约束项S(W₀，H)，该式用于实现对高光谱数据的光谱约束。形式如下：