[发明专利]一种保持光谱特性的可见光和近红外图像融合方法

权利要求书

1.一种保持光谱特性的可见光和近红外图像融合方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1)：针对可见光和近红外图像的成像过程，利用Retinex模型分解，分别得到可见光三波段的反射图和近红外波段的反射图，利用植被覆盖率指数的计算方法，将可见光三波段反射图与近红外波段反射图分别相减，并进行归一化处理，得到可见光三波段用于融合的反射权重模型；

步骤(2)：对于可见光三波段反射图和近红外波段反射图，通过引导滤波得到可见光三波段和近红外波段反射图的纹理基本层，将原始反射图与纹理基本层相除，得到纹理层，纹理基本层由高斯低通滤波得到轮廓基本层，再将纹理基本层与轮廓基本层相除，得到轮廓层；

步骤(3)：分别计算纹理层和轮廓层的梯度图，并生成可见光三波段与近红外波段在纹理层和轮廓层的梯度比，得到可见光三波段用于融合的纹理层和轮廓层的透射权重模型；

步骤(4)：将反射权重模型和透射权重模型相乘，生成可见光三波段的纹理层和轮廓层的最终融合权重，并计算得出近红外波段相应的最终融合权重；

步骤(5)：针对纹理层和轮廓层，根据可见光三波段的纹理层和轮廓层的最终融合权重和近红外波段相应的最终融合权重，将可见光三波段和近红外波段分别融合，得到融合后的可见光三波段的纹理层和轮廓层，计算融合后的可见光三波段轮廓层和可见光三波段的轮廓基本层的乘积，得到融合后的可见光三波段的纹理基本层，并与融合后的可见光三波段的纹理层相乘，得到最终的可见光三波段的融合图像，

其中：

在所述步骤(1)中，利用可见光三波段和近红外波段的反射特性差异，并利用以下公式计算反射权重模型：

式中R_c和R_n分别代表可见光三波段和近红外波段由Retinex分解得到的反射图，wr_c为利用植被覆盖率指数得到的初始反射权重模型，Wr_c为归一化后的反射权重模型，

在所述步骤(2)中，利用引导滤波和高斯低通滤波逐层分解得到纹理基本层和轮廓基本层，并以下公式计算可见光三波段和近红外波段的纹理层和轮廓层：

式中：

R_p代表可见光三波段和近红外波段的反射图，

p∈{r,g,b,n}，

c∈{r,g,b}代表可见光三波段，n代表近红外波段，

为纹理基本层，

为轮廓基本层，

r,ε,ω,σ为引导滤波和高斯滤波的参数，

为纹理层和轮廓层，

α为防止分母为零的参数，α设置为0.01，

在所述步骤(3)中，借助于雾天下近红外波段的透射率高的特性，利用近红外波段弥补可见光波段由于散射丢失的信息，在纹理层和轮廓层，分别利用公式计算可见光三波段和近红外波段的分块梯度比，并得到纹理层和轮廓层的透射权重模型，

式中代表以k像素为中心的可见光三波段的纹理层和轮廓层的图像块梯度值和，代表以k像素为中心的近红外波段纹理层和轮廓层的图像块梯度值和，为可见光三波段初始透射权重。

2.如权利要求1所述的保持光谱特性的可见光和近红外图像融合方法，其特征在于所述步骤(3)中，通过引导滤波的方式，消除了初始透射权重的块效应，得到最终的透射权重模型。

3.如权利要求1所述的保持光谱特性的可见光和近红外图像融合方法，其特征在于所述步骤(4)中，基于光谱反射和透射特性在光谱成像过程的相乘关系，利用反射权重与透射权重的乘积作为纹理层和轮廓层的最终融合权重。

4.如权利要求1所述的保持光谱特性的可见光和近红外图像融合方法，其特征在于所述步骤(5)中，首先计算融合后的轮廓层与轮廓基本层的乘积作为融合后的纹理基本层，其次计算融合后的纹理层与融合后的纹理基本层的乘积，得到最终的融合的图像。

5.如权利要求1所述的保持光谱特性的可见光和近红外图像融合方法，其特征在于所述步骤(5)中，利用区域中可见光与近红外的光谱反射特性差异与该区域的散射效应的关系，考虑融合近红外波段信息的程度，当近红外波段的反射高于可见光时，该区域成像清晰；相反，该区域为可见光散射强烈的云、雾区域，成像清晰度较低。