专利名称：一种图像数据融合方法
技术领域：
本发明属于遥感图像数据融合技术领域，特别涉及一种较高空间分辨率的单波段图像 数据与较低分辨率多波段遥感数据的融合方法。
背景技术：
图像的数据融合是将两个或多个不同来源数据图像的有用信息集成到同一幅图像上， 以获得同时具有多来源图像有用信息的高质量图像的过程。实际应用中用得最多，也是最 具应用价值的是将具有较高空间分辨率的全色黑白图像或雷达图像与多波段彩色图像进 行融合，使得结果图像即具有较高的空间分率，又具有彩色图像的光谱信息。该项工作是 现代遥感应用中一种极为重要的技术。目前已有的图像数据融合方法通常是将R、 G、 B 三元色合成的彩色图像转化为另一种形式的图像，然后将其以空间高频信息为主的组分以 高分辨率黑白图像或其相应的变换组分替代，之后再进行反变换，最后得到既有彩色图像 光谱信息，又具有较高空间分辨率信息的结果图像。目前应用最广并最具代表性的是以下 几种方法
1) HIS变换融合
HIS变换融合是应用最广，也是应用效果较好的一种数据融合方法。该方法是将彩色 图像变换成强度(1)、色彩(H)和饱和度(S)三种组分，然后将高分辨率黑白图像进行 一定处理后以之代替彩色图像的强度(I)组分，之后再进行反变换转化为R、 G、 B图像。 这种方法较简单易行，可以较充分地集成了黑白图像的分辨率高空间的信息，但原图像的 色彩发生了一定的变化。
2) 主成分变换融合
主成分变换融合方法是将彩色图像进行K-L变换，然后用黑白图像代替第一组分，再 进行反变换，得到的图像也具有高空间分辨率信息和彩色信息，但颜色发生了较大变化。
3) 小波变换融合
小波变换融合方法是对彩色图像和较高空间分辨率黑白图像均进行小波变换，然后用 高空间分辨率黑白图像变换得到的高频组分取代彩色图像变换得到的相应组分，再进行反 变换得到结果图像。小波变换融合方法地一定程度上减少了前两种方法产生的色调变异， 但色调变异仍然存在。
现有的数据融合方法所得结果均或多或少地使彩色图像的光谱信息发生了变异，数据
3融合后已不能用于定量计算。
发明内容
本发明的目的在于克服以上不足，提供一种高效的图像数据融合方法，可以完全集成 彩色图像的光谱信息和黑白图像的空间信息，彩色图像的光谱信息完全不受影响，融合后 图像数据仍可用于定量计算。
本发明所采用的技术方案 一种图像数据融合方法，包括以下步骤
(1) 对低分辨率彩色图像进行重采样，使其像元大小与高分辨率黑白图像相同；
(2) 通过精校正使低分辨率彩色图像与高分辨率黑白图像重合；
(3) 重采样后的彩色图像各像元的三个波段同乘以黑白图像的相应亮度比值；
(4) 输出结果图像。
上述步骤(2)中的低分辨率彩色图像与高分辨率黑白图像通过精校正之后的空间位 置误差小于0. 2个像元。
上述步骤(3)中的亮度比值为像元亮度与最大亮度取值的比值。所述步骤(3)的计
算公式为
式中Z^.为第k波段输出图像像元值；义^.为第k波段经重采样后的原始图像像元值; i;为黑白图像像元值；^为黑白图像像元的最大取值，i、 j和k分别为图像行、列号和波 段号。
本发明所述的数据融合方法具有以下优点
1) 完全集成了原始黑白图像的空间信息和彩色图像的光谱信息，无光谱信息的损失， 图像颜色不发生变异；
2) 方法简单，运算量远较其它数据融合方法小，处理速度快；
3) 简单易行，具有极高的实用价值。
图1是应用实施例一的SPOT卫星影像2.5米分辨率原始全色波段图像； 图2是应用实施例一的SPOT卫星影像10米分辨率原始彩色图像；
图3是以本发明进行数据融合后的应用实施例一的卫星图像；图4是应用实施例二的SPOT卫星影像2.5米分辨率原始全色波段图像； 图5是应用实施例二的SPOT卫星影像10米分辨率原始彩色图像； 图6是以本发明进行数据融合后的应用实施例二的卫星图像。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体结构作进一步的描述。
数据融合的宗旨是集成所有高分辨率黑白图像的空间信息和彩色图像的光谱信息。高 分辨率黑白图像的空间信息是以图像的亮度值在空间差异的形式存在；彩色图像的光谱信 息则是以其三个波段的亮度值及三个波段之间的相对大小所决定。就空间几何信息而言， 较低空间分辨率图像的像元是较高空间分辨率图像上相应面积所对应多个像元的平均。所 以，低分辨率的彩色图像的空间信息是分辨率较高的黑白图像所含空间信息的子集，高分 辨率黑白图像的空间信息包含了低分辨率彩色图像全部几何信息。
本发明的技术方法是对低分辨率彩色图像进行重采样，使其像元大小与高分辨率黑白 图像相同，并通过精校正使其与高分辨率黑白图像重合。其后，将重采样后的彩色图像各 像元的三个波段同乘以黑白图像对应像元在本图像的亮度比，即像元亮度与最大亮度取值 的比值，其计算公式如下
z坊a坊^
式中Z^.为第k波段输出图像像元值；X^为第k波段经重采样后的原始图像像元值;
i;.为黑白图像像元值；^为黑白图像像元的最大取值，I、 j和k分别为图像行、列号和波 段号。
计算结果，彩色图像具有了高分辨率黑白图像的所有亮度信息，得到的彩色图像就 具有了高分辨率图像的所有空间信息。且由于彩色图像的三个波段同乘以相同的数，相对 大小并未改变，仅大小改变；且原始彩色图像单个像元所对应重采样后图像相应面积上的 多个像元中，至少有一个像元的亮度值与原图像相同，即所得到的图像也包含了彩色图像 的所有光谱信息。故结果图像包含了原始黑白图像所有空间几何信息和原始彩色图像的所 有光谱信息。
以下是利用SPOT卫星影像2.5米分辨率全色波段图像与10米分辨率彩色图像融合的 应用实例，进一步介绍本发明的技术效果
5实施例一
如图1是用SPOT卫星影像2.5米分辨率的原始全色波段图像，如图2是用SPOT卫 星影像10米分辨率的原始彩色图像，图中主地物类型为山区、河流、耕地、道路和城 镇居民区。
经过本发明所述数据融合方法处理之后的卫星图像如图3所示，数据融合后的图像几 何信息与2.5米分辨率原始全色波段图像(图l)相同，颜色和色彩与原始10米分辨率彩 色图像(图2)相同似(仅由于拉伸程度不同而在显示色彩上有少许差别，且发生改变后 更接近实际)，保持了所有原图像的光谱信息。
实施例二
如图4是用SPOT卫星影像2.5米分辨率的原始全色波段图像，如图5是用SPOT卫 星影像10米分辨率的原始彩色图像，图中主地物类型为山区、河流、耕地、道路和村 落。
经过本发明所述数据融合方法处理之后的卫星图像如图6所示，与上述实施例一样， 数据融合后的图像几何信息与2.5米分辨率原始全色波段图像(图4)相同，颜色和色彩 与原始10米分辨率彩色图像(图5)相同似，保持了所有原图像的光谱信息。
权利要求
1.一种图像数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤(1)对低分辨率彩色图像进行重采样，使其像元大小与高分辨率黑白图像相同；(2)通过精校正使低分辨率彩色图像与高分辨率黑白图像重合；(3)重采样后的彩色图像各像元的三个波段同乘以黑白图像的相应亮度比值；(4)输出结果图像。
2. 根据权利要求1所述的图像数据融合方法，其特征在于，所述步骤(2)中的低分辨率彩色图像与高分辨率黑白图像通过精校正之后的空间位置误差小于0. 2个像元。
3. 根据权利要求l所述的图像数据融合方法，其特征在于，所述步骤(3)中的亮度比值为像元亮度与最大亮度取值的比值。
4. 根据权利要求1或3所述的图像数据融合方法，其特征在于，所述步骤(3)中的计算公式为厶坊a坊力式中Z^为第k波段输出图像像元值；^^.为第k波段经重采样后的原始图像像元值； 4为黑白图像像元值；^为黑白图像像元的最大取值，i、 j和k分别为图像行、列号和 波段号。
全文摘要
本发明公开了本发明所采用的技术方案一种图像数据融合方法，包括以下步骤(1)对低分辨率彩色图像进行重采样，使其像元大小与高分辨率黑白图像相同；(2)通过精校正使低分辨率彩色图像与高分辨率黑白图像重合；(3)重采样后的彩色图像各像元的三个波段同乘以黑白图像的相应亮度比值；(4)输出结果图像。本发明所述的数据融合方法不仅完全集成了原始黑白图像的空间信息和彩色图像的光谱信息，无光谱信息的损失，图像颜色不发生变异；而且方法相对简单，运算量小，处理速度快，具有极高的应用价值。
文档编号G06K9/62GK101493893SQ20081021984
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者邓孺孺 申请人:中山大学