专利名称：一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，属于高光谱遥感图像融合技术领域。
背景技术：
高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(Hyperspectral Remote knsing)的简称，是目前遥感技术的前沿，它是一项集空间科学、计算机技术、探测器和精密光学机械、微弱信号检测、高速信息处理技术于一体的综合性技术，利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体中获取有关数据。在成像过程中，高光谱遥感技术利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物成像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，大大提高了对地面目标解析的可靠程度。高光谱数据的基本特点是光谱分辨率高、数据量大、信息量丰富，用上百个连续且窄的光谱波段描述一个像元，能够产生一条完整而连续的光谱曲线。高光谱图像的光谱分辨率高，但空间分辨率较低，而可见光图像具有较高的空间分辨率，两者互补，采用一定的融合算法处理， 可以获取高质量融合图像，既保持图像的光谱特性又能获取较高的空间分辨率。目前存在的图像融合方法，大多为在像素级别针对多光谱图像的融合方法。其中经典的方法有直接加权、主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)、小波变换等方法。它们在多光谱图像融合领域被研究的比较充分，但是在高光谱图像融合领域，相关的研究还比较少，多是将现有的方法直接移植，由于移植过程中一般不对数据的光谱做针对性的研究，结果不是很理想。本发明针对上述情况，提出一种基于光谱约束的方法以实现高光谱图像融合，融合效果较好。
发明内容
1、目的本发明的目的是提供一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，该方法克服了现有技术的不足，它是基于非负矩阵分解算法，并引入光谱约束来进行高光谱图像融合。2、技术方案本发明是通过以下技术方案实现的本发明一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，它包括如下步骤步骤一计算机读取数据。首先计算机在MATLAB 7. 1下读取成像光谱仪所得到的高光谱图像数据(本发明中高光谱数据来源于中国HJ-IA卫星搭载的成像光谱仪拍摄的青海省托素湖遥感图像，含有100个谱段，空间分辨率为100m)，再读取已经手工配准过的高分辨率图像数据(本发明数据来源于Google-Map提供的高分辨率影像)。本发明中的高光谱图像数据为100谱段拉56像素拉00像素大小的三维数据立方体，其中100表示谱段数，256M00表示每一谱段图像大小。以下用V表示融合前的图像集， Vf表示融合后的的图像集，他们的大小都是N*100。其中，N = row^col, row和col分别表示图像的行数和列数，V的第i行包含这一像素点的光谱信息。
4
步骤二建立目标函数。首先建立高光谱图像融合的目标函数，它包括两项第一项为高光谱图像进行非负矩阵分解的目标函数，形式如下
权利要求
1.一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一计算机读取数据；首先计算机在MATLAB 7. 1下读取成像光谱仪所得到的高光谱图像数据，再读取已经手工配准过的高分辨率图像数据；高光谱图像数据为100谱段拉56像素拉00像素大小的三维数据立方体，其中100表示谱段数，256M00表示每一谱段图像大小；以下用V表示融合前的图像集，Vf表示融合后的的图像集，他们的大小都是N*100 ；其中，N = row^col, row和col分别表示图像的行数和列数，V的第i行包含这一像素点的光谱信息；步骤二 建立目标函数；首先建立高光谱图像融合的目标函数，它包括两项 第一项为高光谱图像进行非负矩阵分解的目标函数，形式如下
2.根据权利要求1所述的一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，其特征在于步骤三中所述的采用梯度下降法求目标函数的极值，其具体的求解步骤如下(1)矩阵W和H初始化将融合前的图像矩阵V进行VCA初始化，得到矩阵W和H的初值，其中W的列数取5 ；(2)η = 1，开始循环；(3)计算第k+Ι次迭代得到的特征基矩阵W和权重系数矩阵H
全文摘要
本发明一种基于光谱约束的高光谱图像融合方法，它是一种基于非负矩阵分解方法的高光谱图像和高空间分辨率可见光图像的融合方法。该方法共有三大步骤，步骤一计算机在MATLAB7.1环境下读取高光谱图像数据；步骤二建立基于非负矩阵分解方法的融合模型；步骤三利用梯度下降法对上述融合模型求解极值函数，并得到融合结果。本发明克服了现有技术不宜直接移植到高光谱图像融合、光谱保持性不好的缺点，取得了较好的融合结果，在高光谱图像融合技术领域里具有广阔的应用前景。
文档编号G06T5/50GK102542547SQ20111044986
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者史振威, 安振宇, 隆姣 申请人:北京航空航天大学