[发明专利]一种基于改进比值变换的全色与高光谱图像融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种遥感图像融合方法，尤其涉及一种基于改进比值变换的全色与高光谱图像融合方法，属于数字图像处理技术领域。

背景技术

高光谱遥感图像的光谱分辨率在10纳米数量级范围内，在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对地物同时成像。高光谱图像记录的地物光谱信息极为丰富，在矿藏探测、环境和海洋监测、农业和森林调查、国防安全等领域发挥着越来越重要的作用。虽然高光谱图像的光谱分辨率高，但其空间分辨率较低，限制了小尺寸目标的探测与定位。考虑到全色图像的空间分辨率较高，因此现有卫星(如美国的EO-1和NEMO卫星)往往采集同时相的全色与高光谱图像，然后通过图像融合处理来提升高光谱图像的空间分辨率。

目前，已有全色与多光谱图像融合方法的研究非常多，但是全色与高光谱图像融合方法的研究相对较少。现有全色与多光谱图像融合方法可以分为加性变换和乘性变换两大类。其中，加性变换融合主要包括基于IHS变换、基于PCA变换、基于GS变换、基于小波变换和基于曲波变换等融合方法；乘性变换融合方法主要包括Brovey变换和UNB-Pansharp等融合方法。高光谱图像与多光谱图像在以下两个方面存在较大差异：高光谱图像波段数量远多于多光谱图像，高光谱图像通常含有100个以上的波段，多光谱图像的波段数量通常小于10个；高光谱与全色图像之间的空间分辨率差异大于多光谱与全色图像之间的空间分辨率差异。这些差异使得现有全色与多光谱图像融合方法用于全色与高光谱图像融合时往往出现光谱色彩失真或纹理细节失真问题。

在此背景下，研究一种基于改进比值变换的全色与高光谱图像融合方法，通过高光谱图像的波段加权求和生成波段数量较少的高光谱合成图像，并通过高光谱合成图像的像元分类与加权求和来生成的低分辨率全色合成图像，从而得到光谱色彩和纹理细节高保真的融合图像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于改进比值变换的全色与高光谱图像融合方法。该方法首先选择全色图像光谱响应范围内的高光谱图像波段，将其分为S个组，并利用均值加权求和将每组的高光谱图像波段合成为1个波段，得到S个波段的高光谱合成图像；然后将高光谱合成图像的像元按光谱线性相关性划分为R个子类，对高光谱合成图像中每个像元子类的所有波段加权求和，得到低分辨率全色合成图像；最后，计算全色图像与低分辨率全色合成图像的比值，利用比值变换生成光谱色彩与纹理细节高保真的全色与高光谱融合图像。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于改进比值变换的全色与高光谱图像融合方法，包括如下步骤：

(1)利用双线性插值将高光谱图像上采样至全色图像相同的空间分辨率；

(2)选择该全色图像光谱响应范围内的高光谱图像波段，将其分为S个组，第1组至第S-1组均包含T₁个高光谱图像波段，第S组包含T₂个高光谱图像波段，则全色图像光谱响应范围内的高光谱图像波段数＝T₂+(S-1)×T₁；

(3)利用均值加权求和将每组的高光谱图像波段合成为1个波段，得到S个波段的高光谱合成图像；

(4)利用K-means方法将高光谱合成图像的像元按光谱线性相关性划分为R个子类；

(5)对高光谱合成图像中每个像元子类的所有波段加权求和，得到低分辨率全色合成图像；

(6)计算全色图像与低分辨率全色合成图像的比值，利用比值变换生成融合图像。

其中，在所述步骤(2)中，T₂取值满足[T₁/T₂]＝1的约束；

在所述步骤(2)中，S的取值为7～12中任意一个正整数，最优取值为10；

在所述步骤(4)中，R取值为2～5中任意一个正整数，最优取值为3；

在所述步骤(4)中，将像元数量小于阈值T₃的子类合并为一类；

在所述步骤(4)中，阈值T₃的取值优选为0.05×W，W为全色图像的像元总数；

在所述步骤(5)中，以高光谱合成图像中各子类像元的所有波段为自变量，以各子类对应的全色图像为因变量，利用多元线性回归计算加权系数。

本发明所提供的基于改进比值变换的全色与高光谱图像融合方法的优点包括：

1.生成的全色与高光谱融合图像光谱色彩与纹理细节保真度好；