專利名稱：一種圖像數(shù)據(jù)融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遙感圖像數(shù)據(jù)融合技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種較高空間分辨率的單波段圖像 數(shù)據(jù)與較低分辨率多波段遙感數(shù)據(jù)的融合方法。
背景技術(shù)：
圖像的數(shù)據(jù)融合是將兩個(gè)或多個(gè)不同來(lái)源數(shù)據(jù)圖像的有用信息集成到同一幅圖像上， 以獲得同時(shí)具有多來(lái)源圖像有用信息的高質(zhì)量圖像的過(guò)程。實(shí)際應(yīng)用中用得最多，也是最 具應(yīng)用價(jià)值的是將具有較高空間分辨率的全色黑白圖像或雷達(dá)圖像與多波段彩色圖像進(jìn) 行融合，使得結(jié)果圖像即具有較高的空間分率，又具有彩色圖像的光譜信息。該項(xiàng)工作是 現(xiàn)代遙感應(yīng)用中一種極為重要的技術(shù)。目前已有的圖像數(shù)據(jù)融合方法通常是將R、 G、 B 三元色合成的彩色圖像轉(zhuǎn)化為另一種形式的圖像，然后將其以空間高頻信息為主的組分以 高分辨率黑白圖像或其相應(yīng)的變換組分替代，之后再進(jìn)行反變換，最后得到既有彩色圖像 光譜信息，又具有較高空間分辨率信息的結(jié)果圖像。目前應(yīng)用最廣并最具代表性的是以下 幾種方法
1) HIS變換融合
HIS變換融合是應(yīng)用最廣，也是應(yīng)用效果較好的一種數(shù)據(jù)融合方法。該方法是將彩色 圖像變換成強(qiáng)度(1)、色彩(H)和飽和度(S)三種組分，然后將高分辨率黑白圖像進(jìn)行 一定處理后以之代替彩色圖像的強(qiáng)度(I)組分，之后再進(jìn)行反變換轉(zhuǎn)化為R、 G、 B圖像。 這種方法較簡(jiǎn)單易行，可以較充分地集成了黑白圖像的分辨率高空間的信息，但原圖像的 色彩發(fā)生了一定的變化。
2) 主成分變換融合
主成分變換融合方法是將彩色圖像進(jìn)行K-L變換，然后用黑白圖像代替第一組分，再 進(jìn)行反變換，得到的圖像也具有高空間分辨率信息和彩色信息，但顏色發(fā)生了較大變化。
3) 小波變換融合
小波變換融合方法是對(duì)彩色圖像和較高空間分辨率黑白圖像均進(jìn)行小波變換，然后用 高空間分辨率黑白圖像變換得到的高頻組分取代彩色圖像變換得到的相應(yīng)組分，再進(jìn)行反 變換得到結(jié)果圖像。小波變換融合方法地一定程度上減少了前兩種方法產(chǎn)生的色調(diào)變異， 但色調(diào)變異仍然存在。
現(xiàn)有的數(shù)據(jù)融合方法所得結(jié)果均或多或少地使彩色圖像的光譜信息發(fā)生了變異，數(shù)據(jù)
3融合后已不能用于定量計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上不足，提供一種高效的圖像數(shù)據(jù)融合方法，可以完全集成 彩色圖像的光譜信息和黑白圖像的空間信息，彩色圖像的光譜信息完全不受影響，融合后 圖像數(shù)據(jù)仍可用于定量計(jì)算。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案 一種圖像數(shù)據(jù)融合方法，包括以下步驟
(1) 對(duì)低分辨率彩色圖像進(jìn)行重采樣，使其像元大小與高分辨率黑白圖像相同；
(2) 通過(guò)精校正使低分辨率彩色圖像與高分辨率黑白圖像重合；
(3) 重采樣后的彩色圖像各像元的三個(gè)波段同乘以黑白圖像的相應(yīng)亮度比值；
(4) 輸出結(jié)果圖像。
上述步驟(2)中的低分辨率彩色圖像與高分辨率黑白圖像通過(guò)精校正之后的空間位 置誤差小于0. 2個(gè)像元。
上述步驟(3)中的亮度比值為像元亮度與最大亮度取值的比值。所述步驟(3)的計(jì)
算公式為
式中Z^.為第k波段輸出圖像像元值；義^.為第k波段經(jīng)重采樣后的原始圖像像元值; i;為黑白圖像像元值；^為黑白圖像像元的最大取值，i、 j和k分別為圖像行、列號(hào)和波 段號(hào)。
本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)融合方法具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 完全集成了原始黑白圖像的空間信息和彩色圖像的光譜信息，無(wú)光譜信息的損失， 圖像顏色不發(fā)生變異；
2) 方法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量遠(yuǎn)較其它數(shù)據(jù)融合方法小，處理速度快；
3) 簡(jiǎn)單易行，具有極高的實(shí)用價(jià)值。


圖1是應(yīng)用實(shí)施例一的SPOT衛(wèi)星影像2.5米分辨率原始全色波段圖像； 圖2是應(yīng)用實(shí)施例一的SPOT衛(wèi)星影像10米分辨率原始彩色圖像；
圖3是以本發(fā)明進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后的應(yīng)用實(shí)施例一的衛(wèi)星圖像；圖4是應(yīng)用實(shí)施例二的SPOT衛(wèi)星影像2.5米分辨率原始全色波段圖像； 圖5是應(yīng)用實(shí)施例二的SPOT衛(wèi)星影像10米分辨率原始彩色圖像； 圖6是以本發(fā)明進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后的應(yīng)用實(shí)施例二的衛(wèi)星圖像。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的描述。
數(shù)據(jù)融合的宗旨是集成所有高分辨率黑白圖像的空間信息和彩色圖像的光譜信息。高 分辨率黑白圖像的空間信息是以圖像的亮度值在空間差異的形式存在；彩色圖像的光譜信 息則是以其三個(gè)波段的亮度值及三個(gè)波段之間的相對(duì)大小所決定。就空間幾何信息而言， 較低空間分辨率圖像的像元是較高空間分辨率圖像上相應(yīng)面積所對(duì)應(yīng)多個(gè)像元的平均。所 以，低分辨率的彩色圖像的空間信息是分辨率較高的黑白圖像所含空間信息的子集，高分 辨率黑白圖像的空間信息包含了低分辨率彩色圖像全部幾何信息。
本發(fā)明的技術(shù)方法是對(duì)低分辨率彩色圖像進(jìn)行重采樣，使其像元大小與高分辨率黑白 圖像相同，并通過(guò)精校正使其與高分辨率黑白圖像重合。其后，將重采樣后的彩色圖像各 像元的三個(gè)波段同乘以黑白圖像對(duì)應(yīng)像元在本圖像的亮度比，即像元亮度與最大亮度取值 的比值，其計(jì)算公式如下
z坊a坊^
式中Z^.為第k波段輸出圖像像元值；X^為第k波段經(jīng)重采樣后的原始圖像像元值;
i;.為黑白圖像像元值；^為黑白圖像像元的最大取值，I、 j和k分別為圖像行、列號(hào)和波 段號(hào)。
計(jì)算結(jié)果，彩色圖像具有了高分辨率黑白圖像的所有亮度信息，得到的彩色圖像就 具有了高分辨率圖像的所有空間信息。且由于彩色圖像的三個(gè)波段同乘以相同的數(shù)，相對(duì) 大小并未改變，僅大小改變；且原始彩色圖像單個(gè)像元所對(duì)應(yīng)重采樣后圖像相應(yīng)面積上的 多個(gè)像元中，至少有一個(gè)像元的亮度值與原圖像相同，即所得到的圖像也包含了彩色圖像 的所有光譜信息。故結(jié)果圖像包含了原始黑白圖像所有空間幾何信息和原始彩色圖像的所 有光譜信息。
以下是利用SPOT衛(wèi)星影像2.5米分辨率全色波段圖像與10米分辨率彩色圖像融合的 應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)一步介紹本發(fā)明的技術(shù)效果
5實(shí)施例一
如圖1是用SPOT衛(wèi)星影像2.5米分辨率的原始全色波段圖像，如圖2是用SPOT衛(wèi) 星影像10米分辨率的原始彩色圖像，圖中主地物類型為山區(qū)、河流、耕地、道路和城 鎮(zhèn)居民區(qū)。
經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述數(shù)據(jù)融合方法處理之后的衛(wèi)星圖像如圖3所示，數(shù)據(jù)融合后的圖像幾 何信息與2.5米分辨率原始全色波段圖像(圖l)相同，顏色和色彩與原始10米分辨率彩 色圖像(圖2)相同似(僅由于拉伸程度不同而在顯示色彩上有少許差別，且發(fā)生改變后 更接近實(shí)際)，保持了所有原圖像的光譜信息。
實(shí)施例二
如圖4是用SPOT衛(wèi)星影像2.5米分辨率的原始全色波段圖像，如圖5是用SPOT衛(wèi) 星影像10米分辨率的原始彩色圖像，圖中主地物類型為山區(qū)、河流、耕地、道路和村 落。
經(jīng)過(guò)本發(fā)明所述數(shù)據(jù)融合方法處理之后的衛(wèi)星圖像如圖6所示，與上述實(shí)施例一樣， 數(shù)據(jù)融合后的圖像幾何信息與2.5米分辨率原始全色波段圖像(圖4)相同，顏色和色彩 與原始10米分辨率彩色圖像(圖5)相同似，保持了所有原圖像的光譜信息。
權(quán)利要求
1.一種圖像數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，包括以下步驟(1)對(duì)低分辨率彩色圖像進(jìn)行重采樣，使其像元大小與高分辨率黑白圖像相同；(2)通過(guò)精校正使低分辨率彩色圖像與高分辨率黑白圖像重合；(3)重采樣后的彩色圖像各像元的三個(gè)波段同乘以黑白圖像的相應(yīng)亮度比值；(4)輸出結(jié)果圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述步驟(2)中的低分辨率彩色圖像與高分辨率黑白圖像通過(guò)精校正之后的空間位置誤差小于0. 2個(gè)像元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述步驟(3)中的亮度比值為像元亮度與最大亮度取值的比值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的圖像數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述步驟(3)中的計(jì)算公式為厶坊a坊力式中Z^為第k波段輸出圖像像元值；^^.為第k波段經(jīng)重采樣后的原始圖像像元值； 4為黑白圖像像元值；^為黑白圖像像元的最大取值，i、 j和k分別為圖像行、列號(hào)和 波段號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了本發(fā)明所采用的技術(shù)方案一種圖像數(shù)據(jù)融合方法，包括以下步驟(1)對(duì)低分辨率彩色圖像進(jìn)行重采樣，使其像元大小與高分辨率黑白圖像相同；(2)通過(guò)精校正使低分辨率彩色圖像與高分辨率黑白圖像重合；(3)重采樣后的彩色圖像各像元的三個(gè)波段同乘以黑白圖像的相應(yīng)亮度比值；(4)輸出結(jié)果圖像。本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)融合方法不僅完全集成了原始黑白圖像的空間信息和彩色圖像的光譜信息，無(wú)光譜信息的損失，圖像顏色不發(fā)生變異；而且方法相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，處理速度快，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06K9/62GK101493893SQ20081021984
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者鄧孺孺 申請(qǐng)人:中山大學(xué)