專利名稱：一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，屬遙感圖像處理數(shù)據(jù)融合技術(shù)領(lǐng)域，特別是光學遙感衛(wèi)星同一傳感器低分辨率多光譜波段和高分辨率全色波段融合生成高分辨率多光譜圖像的技術(shù)，尤其是一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法。
背景技術(shù)：
許多光學遙感衛(wèi)星系統(tǒng)同時提供了空間分辨率低的多光譜圖像和空間分辨率高的全色圖像，如艾科諾斯衛(wèi)星同時提供了空間分辨率是1米的全色圖像和空間分辨率是4米的包含藍、綠、紅、近紅外四個波段的多光譜圖像。為了信息的優(yōu)化利用，尤其是利用全色波段的高分辨率信息，許多圖像融合技巧努力將全色波段的高空間分辨率信息與多光譜信息結(jié)合起來，以生成空間分辨率是1米的多光譜圖像，同時盡可能地保持原始多光譜波段的光譜信息。圖像融合的前提是待融合的圖像是空間配準的，配準誤差在一個像元以內(nèi)。
目前比較常用的方法有高頻調(diào)制方法及全色波段的分量替換方法。
其中一種高頻調(diào)制的融合方法包括以下步驟①對原始低分辨率多光譜圖像各波段進行重采樣操作，獲得超像素多光譜圖像。超像素是指多光譜圖像一個像元的地面覆蓋面積與對應(yīng)的全色波段一個像元的地面覆蓋面積相同。重采樣的比例是原始低分辨率多光譜圖像的像元空間分辨率與原始的全色圖像像元空間分辨率的比。
②將超像素多光譜圖像作為自變量，全色波段作為因變量，通過多元線性回歸方法生成仿真的低分辨率全色圖像。
③利用原始高分辨率全色圖像和仿真的低分辨率全色圖像結(jié)合超像素多光譜圖像高頻調(diào)制生成融合的高分辨率多光譜全色圖像。
其中各步驟的功能如下步驟①對原始低分辨率多光譜圖像各波段重采樣是為了獲得超像素多光譜圖像。超像素多光譜圖像一個像元的地面覆蓋面積與對應(yīng)的全色波段一個像元的地面覆蓋面積相同，因而超像素多光譜圖像與高分辨率全色圖像有完全相同的地面覆蓋區(qū)域。
步驟②的多元線性回歸是為了獲得構(gòu)成低分辨率全色圖像的超像素多光譜波段的疊加比例。要利用全色圖像的高分辨率信息對低分辨率的多光譜圖像進行高頻調(diào)制，需要獲得仿真的低分辨率的全色圖像。由于全色波段的波長范圍是0.45-0.90微米，幾乎覆蓋了多光譜的所有波段的波長范圍，因此可以近似認為全色波段是由多光譜波段依一定比例疊加構(gòu)成的。多光譜每個波段的疊加比例是通過高分辨率全色圖像與超像素多光譜波段利用多元線性回歸方法獲得的。
步驟③的高頻調(diào)制生成高分辨率的多光譜圖像是為了使原始全色圖像的高分辨率融入超像素多光譜圖像。高頻調(diào)制的實現(xiàn)過程按波段順序執(zhí)行?；具^程是將當前波段的超像素形式的像素灰度值乘以高分辨率全色波段對應(yīng)的像素灰度值，并通過仿真的低分辨率全色圖像對應(yīng)像素灰度值予以規(guī)范化，就得到了該波段高分辨率形式對應(yīng)的像素灰度值。
上述融合方法有不足之處。不足之處在于該方法將所有波段平等看待，采用了同樣的處理方法和步驟，會導致那些與全色波段相關(guān)性較弱的波段(如藍波段)光譜畸變，從而當與其他波段進行彩色合成時，導致色彩失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，采用該方法，能夠減少弱相關(guān)波段的光譜畸變。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為，利用多光譜超像素圖像各波段與原始高多分辨率全色圖像之間所具有的不同相關(guān)性，采用不同的高頻調(diào)制，例如，高相關(guān)性波段調(diào)制和低相關(guān)性波段調(diào)制，因為發(fā)明人認為多光譜超像素圖像的波段中與全色圖像相關(guān)性高的波段近似成比例；多光譜超像素圖像的波段中與全色圖像相關(guān)性低的波段可以表示為高分辨率全色波段與其他多光譜波段的線性組合。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，包括重采樣低分辨率多光譜圖像，獲得超像素多光譜圖像；將高分辨率全色圖像和超像素多光譜圖像實施多元線性回歸，合成仿真低分辨率全色圖像；高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像；其特征在于在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像部分，首先判定多光譜超像素圖像各波段與原始高多分辨率全色圖像的相關(guān)性，并對相關(guān)性不同的波段采用不同的高頻調(diào)制方式。
在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像部分，還包括依據(jù)相關(guān)性的高低排序。
所述不同的高頻調(diào)制方式按照相關(guān)性高低的對應(yīng)關(guān)系分為高相關(guān)性波段調(diào)制和低相關(guān)性波段調(diào)制。
所述高相關(guān)性波段調(diào)制的方法是該波段超像素低分辨率圖像對應(yīng)像素點中每個像素點的灰度值乘以一個高頻調(diào)制因子，該調(diào)制因子是高分辨率全色波段對應(yīng)像素的灰度值與仿真的低分辨率全色波段對應(yīng)像素的灰度值的比值。
所述低相關(guān)性波段調(diào)制的方法是該波段超像素低分辨率圖像像素點的灰度值乘以一個高頻調(diào)制因子，該調(diào)制因子是高分辨率全色波段和已調(diào)制好的高分辨率多光譜波段線性組合與其低分辨率形式的比值；線性組合的系數(shù)利用多元線性回歸方法得到。
所述重采樣方法采用雙三次卷積，按行和列依次進行。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的方法首先利用衛(wèi)星遙感圖像多光譜波段和全色波段衛(wèi)星之間的統(tǒng)計關(guān)系，仿真生成低分辨率全色圖像，然后計算多光譜各波段與全色圖像之間的相關(guān)系數(shù)。根據(jù)不同的相關(guān)系數(shù)，采用不同的高頻調(diào)制方法。對于相關(guān)性高的波段，高分辨率的多光譜圖像由低分辨率多光譜波段和高分辨率全色波段直接調(diào)制生成；對于低相關(guān)性的波段，高分辨率的多光譜波段通過全色波段和其他相關(guān)性高的多光譜波段共同調(diào)制生成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下特點第一，在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像之前，增加一個判決器，該判決器用來判斷超像素多光譜圖像各波段與高分辨率全色圖像的相關(guān)性，并依據(jù)相關(guān)性的大小順序確定各波段處理的順序和方法。相關(guān)性大的波段先處理，相關(guān)性小的波段后處理；而且相關(guān)性不同，高頻調(diào)制的方法不同。
第二，超像素多光譜圖像與全色多光譜圖像的相關(guān)性不同，高頻調(diào)制的方法不同。對相關(guān)性最大的波段，可以認為該波段與全色波段成比例關(guān)系，可直接進行調(diào)制；隨著超像素波段與全色波段相關(guān)性的降低，多光譜圖像的其他波段借助全色波段和相關(guān)性強的波段共同調(diào)制，這樣大大減少了弱相關(guān)波段的光譜畸變。


圖1為高頻調(diào)制方法進行圖像融合的整體框圖，說明本發(fā)明的基本流程圖。
圖2為詳細說明圖1中高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的實現(xiàn)流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明目的是克服已有技術(shù)的不足之處，增加各波段與全色波段相關(guān)性強弱的判斷，并依據(jù)相關(guān)性的不同采用不同的高頻調(diào)制策略，減少弱相關(guān)波段的光譜畸變。本發(fā)明提供一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，屬于適合于艾科諾斯衛(wèi)星等圖像融合生成高分辨率多光譜圖像的方法，同樣包括重采樣低分辨率多光譜圖像，獲得超像素多光譜圖像；將高分辨率全色圖像和超像素多光譜圖像實施多元線性回歸，合成仿真低分辨率全色圖像；高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像各波段三個部分。但在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像部分，首先判定多光譜超像素圖像各波段與原始高多分辨率全色圖像的相關(guān)性，并依據(jù)相關(guān)性的大小順序，對相關(guān)性不同的波段采用不同的高頻調(diào)制策略融合生成高分辨率的多光譜圖像。
本發(fā)明方法實現(xiàn)艾科諾斯數(shù)據(jù)融合的流程如圖1所示。圖1包括重采樣單元2，合成仿真單元4和高頻調(diào)制單元6。單元2對原始低分辨率多光譜圖像按波段進行重采樣，得到超像素多光譜圖像。重采樣方法為雙三次卷積，按行和列依次進行。雙三次卷積方法產(chǎn)生的圖像在保持圖像信息和圖像的光滑性方面有優(yōu)越性，能夠避免塊狀和鋸齒效應(yīng)。然后進入合成仿真單元4。
單元4分別將超像素多光譜四個波段的圖像像素按行排列，形成四個向量x1＝{blueBand(i)|i＝0，1，…，n-1}；x2＝{greenBand(i)|i＝0，1，…，n-1}；x3＝{redBand(i)|-0，1，…，n-1}；x4＝{nirBand(i)|i＝0，1，…，n-1}，同樣將高分辨率全色波段像素按行排列，形成向量。超像素多光譜四個波段向量分量個數(shù)與全色波段像素個數(shù)相同，是圖像像素的總數(shù)；將超像素多光譜圖像的各個波段作為自變量，將全色的高分辨率圖像作為應(yīng)變量進行多元線性回歸，得到回歸系數(shù)向量α＝(α0，α1，α2，α3，α4)T。然后利用公式Y(jié)′＝α0x0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4，就得到了合成仿真的超像素全色低分辨率圖像Y′。
最后單元6利用超像素多光譜、仿真的超像素全色低分辨率圖像、全色高分辨率圖像調(diào)制生成高分辨率多光譜波段。
單元6的實現(xiàn)流程如圖2所示。它包括相關(guān)性排序單元8和高頻調(diào)制器10。單元8首先計算超像素多光譜各波段xi與全色圖像y之間的相關(guān)系數(shù)ri，i＝1，2，3，4，將相關(guān)系數(shù)從大到小排序，排序后的相關(guān)系數(shù)為ri′i＝1，2，3，4。并將超像素多光譜各波段按照與全色圖像y的相關(guān)性從大到小排序，相關(guān)系數(shù)ri′對應(yīng)的超像素多光譜波段為 i＝1，2，3，4。
高頻調(diào)制器10包括兩個調(diào)制器，高相關(guān)性波段調(diào)制器12和低相關(guān)性波段調(diào)制器14。高相關(guān)性波段調(diào)制器12直接調(diào)制與全色波段的相關(guān)性最大的波段 調(diào)制方法是該波段超像素低分辨率圖像對應(yīng)像素點的灰度值每個像素點的灰度值乘以一個高頻調(diào)制因子，該調(diào)制因子是高分辨率全色波段對應(yīng)像素的灰度值與仿真的低分辨率全色波段對應(yīng)像素的灰度值的比值。用公式表達為x^j=Y.*x~j./Y′,]]>其中運算符號“.*”、“./”表示矩陣或矢量的對應(yīng)元素相乘、相除。上述直接調(diào)制方法依賴于如下假設(shè)與全色圖像相關(guān)性最大的波段，可認為它與全色波段近似成比例。
低相關(guān)性波段調(diào)制器14調(diào)制相關(guān)性較低的波段 i＝2，3，4。調(diào)制方法是該波段超像素低分辨率圖像像素點的灰度值乘以一個高頻調(diào)制因子，該調(diào)制因子是高分辨率全色波段和已調(diào)制好的高分辨率多光譜波段線性組合與其低分辨率形式的比值。線性組合的系數(shù)利用多元線性回歸方法得到。該調(diào)制器假設(shè)認為相關(guān)性較低的多光譜波段可以表示為高分辨率全色波段與其他多光譜波段的線性組合。該線性組合高分辨率形式與低分辨率形式的比值就是該波段的調(diào)制因子。用公式表示為x^j=(β0Y+Σj=1i-1βjx^j).*x~j./(β0Y′+Σj=1i-1x~j),j=2,3,4,]]>其中， 的線性組合 該線性組合的低分辨率形式是 在獲得線性表示系數(shù)后，該波段的高分辨率形式的調(diào)制方法的表達式是x^j=(β0Y+Σj=1i-1βjx^j).*x~j./(β0Y′+Σj=1i-1x~j).]]>應(yīng)當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。因此，盡管本說明書參照附圖和實施方式對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和技術(shù)實質(zhì)的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，包括重采樣低分辨率多光譜圖像，獲得超像素多光譜圖像；將高分辨率全色圖像和超像素多光譜圖像實施多元線性回歸，合成仿真低分辨率全色圖像；高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像；其特征在于在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像部分，首先判定多光譜超像素圖像各波段與原始高多分辨率全色圖像的相關(guān)性，并對相關(guān)性不同的波段采用不同的高頻調(diào)制方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，其特征在于在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像部分，還包括依據(jù)相關(guān)性的高低排序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，其特征在于所述不同的高頻調(diào)制方式按照相關(guān)性高低的對應(yīng)關(guān)系分為高相關(guān)性波段調(diào)制和低相關(guān)性波段調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，其特征在于所述高相關(guān)性波段調(diào)制的方法是該波段超像素低分辨率圖像對應(yīng)像素點中每個像素點的灰度值乘以一個高頻調(diào)制因子，該調(diào)制因子是高分辨率全色波段對應(yīng)像素的灰度值與仿真的低分辨率全色波段對應(yīng)像素的灰度值的比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，其特征在于所述低相關(guān)性波段調(diào)制的方法是該波段超像素低分辨率圖像像素點的灰度值乘以一個高頻調(diào)制因子，該調(diào)制因子是高分辨率全色波段和已調(diào)制好的高分辨率多光譜波段線性組合與其低分辨率形式的比值；線性組合的系數(shù)利用多元線性回歸方法得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，其特征存于所述重采樣方法采用雙三次卷積，按行和列依次進行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像的方法，包括重采樣低分辨率多光譜圖像，獲得超像素多光譜圖像；將高分辨率全色圖像和超像素多光譜圖像實施多元線性回歸，合成仿真低分辨率全色圖像；高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像；其特征在于在高頻調(diào)制生成高分辨率多光譜圖像部分，首先判定多光譜超像素圖像各波段與原始高多分辨率全色圖像的相關(guān)性，并對相關(guān)性不同的波段采用不同的高頻調(diào)制方式。采用該方法，能夠減少弱相關(guān)波段的光譜畸變。
文檔編號G01S17/89GK1924612SQ20061008954
公開日2007年3月7日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者唐娉 申請人:中國科學院遙感應(yīng)用研究所