[发明专利]一种基于压缩传感理论的卫星遥感图像融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星遥感图像融合方法，更具体的说是一种基于压缩传感理论的卫星遥感图像融合方法。

背景技术

随着遥感技术的迅猛发展和新型传感器的不断出现，人们获取遥感图像数据的能力不断提高。然而目前多数的卫星仍只提供高空间分辨率全色灰度图像和低空间分辨率多光谱彩色图像，这使得在进行数据信息分析时会受到限制。简单且最常用的遥感图像融合方法包括IHS色彩变换法、主成分分析法、Gram-Schmidt变换法等。其融合过程主要包括三个步骤：首先对遥感多光谱图像进行光谱通道变换，实现亮度信息与颜色信息分离，其次将全色图像代替上步变换得到的亮度图像，最后光谱通道逆变换得到融合图像。这类方法能够提高融合图像的空间分辨率和光谱特性，但同时容易扭曲了原始的光谱特性，产生了光谱退化现象。另一种代表性方法是基于多分辨率分析的方法。其基本思想就是通过多分辨率变换提取全色灰度图像的细节信息，并将其插入的到低空间分辨率的多光谱彩色图像的多分辨率变换系数中，最后通过多分辨率逆变换的到融合图像。常用的多分辨率方法包括Laplacian金字塔分解、离散小波变换、小波帧变换、“àtrous”小波变换等等。这类方法由于同时考虑了源图像不同分辨率上的光谱特性和细节特性，使得融合图像能够保持全色灰度图像的细节信息和原始低空间分辨率的多光谱彩色图像光谱特性，但融合结果图像与理想的融合图像仍有较大偏差，存在一定程度的细节信息与光谱信息的丢失。其他方法，例如基于Bayesian方法和基于马尔科夫随机场的方法等也常用来实现遥感图像的融合，但这些方法运算复杂，且效果有待进一步的提高。

发明内容

为了解决卫星遥感图像融合方法存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于压缩传感理论的卫星遥感图像融合方法。本发明将压缩传感理论运用到卫星遥感图像融合方法中，将高空间分辨率全色灰度图像和低空间分辨率多光谱彩色图像进行融合，既可以提高图像分辨率，又使融合后图像具有色彩，从而为地理信息系统提供了良好的基础数据层。在维护国防安全，利用遥感图像进行地形图更新，提高陆地目标的识别精度，遥感土地利用动态监测、防洪防灾、地理信息系统等方面发挥了很大的作用。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)向量化高空间分辨率全色图像和低空间分辨率多光谱图像；

2)构造高空间分辨率的图像块的稀疏表示过完备原子库；

3)根据各陆地观测卫星的成像原理，建立从高空间分辨率多光谱图像到高空间分辨率全色图像和低空间分辨率多光谱图像的模型；

4)用基追踪算法求解该稀疏信号恢复的压缩传感问题，得到高空分辨率的多光谱彩色图像在过完备字典中的稀疏表示，再将该稀疏表示与预先设定过完备字典相乘得到高空分辨率的多光谱彩色图像块向量表示，将该向量表示转化为图像块，得到融合结果。

上述的步骤1)图像向量化的具体步骤为：

1)选择一对尺寸固定的滑动窗口，包括一个大的窗口，窗口大小为8行8列，一个小的窗口，窗口大小为2行2列，大的窗口在高空间分辨率全色图像上按照从左到右从上到下的扫描顺序滑动，滑动的步长为4个像素，小窗口在低空间分辨率的多光谱图像上按照从左到右从上到下的扫描顺序滑动，滑动的步长为1个像素，大窗口和小窗口的滑动同时进行；

2)采集大滑动窗口覆盖的高空间分辨率全色图像上的8行8列图像块，并将其以连接的形式向量化；

3)采集小的滑动窗口覆盖的低空间分辨率多光谱图像上的2行2列分辨率图像块，并将其向量化；

4)将对应位置的高空间分辨率全色图像和低空间分辨率多光谱图像的图像块得到的向量连接成一个向量。

进一步，所述的构造稀疏表示过完备原子库的方法为随机取样方法。

进一步，所述的图像融合方法采用滑动窗口的策略。

由于采用上述技术方案，本发明的技术效果在于：本发明提出的图像融合方法是一种基于压缩传感理论的卫星遥感图像融合方法。该方法将卫星遥感图像的融合问题转化为可压缩信号的恢复问题，其具有更加稀疏的信号表示形式，更加符合人的视觉特性，且在稀疏表示的基础上，引入了滑动窗口技术，使其具有平移不变性；将高空间分辨率全色灰度图像和低空间分辨率多光谱彩色图像进行融合，既可以提高图像分辨率，又使融合后图像具有色彩；且该方法采用随机取样的方法来构造稀疏表示过完备原子库，避免常用过完备原子库学习算法的复杂和耗时的缺点。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明基于压缩传感理论的卫星遥感图像融合方法的示意图；