黃明源,李 超

（安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽蕪湖241002）

1 概述

遙感數(shù)據(jù)融合的目的是將獲得的信息與衛(wèi)星、飛機(jī)和地面平臺(tái)上安裝的傳感器的不同空間和光譜分辨率相結(jié)合，從而產(chǎn)生包含比每個(gè)源更詳細(xì)的信息的融合數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)融合產(chǎn)品是許多應(yīng)用的基礎(chǔ)，研究人員和從業(yè)人員不斷努力開發(fā)先進(jìn)的融合方法和技術(shù)，以提高其性能和準(zhǔn)確性。然而，由于許多原因，例如各種需求、景觀的復(fù)雜性、輸入數(shù)據(jù)集的時(shí)間和光譜變化以及精確的數(shù)據(jù)共同注冊(cè)，使得遙感數(shù)據(jù)尤其是多源數(shù)據(jù)，仍然具有挑戰(zhàn)性。所以對(duì)于從影像融合應(yīng)用的角度來(lái)講，選擇對(duì)像元級(jí)遙感影像融合方法的鉆研，是非常有實(shí)際意義的。

2 融合方法

2.1 Brovery變換方法

Brovery變換融合的另一個(gè)說(shuō)法為色彩標(biāo)準(zhǔn)化變換融合，是一種普遍使用的RGB彩色變換融合方法。該變換融合的主要目的是如何將多光譜影像3個(gè)顏色的波段（紅、綠、藍(lán)）標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)多光譜標(biāo)準(zhǔn)化和高分辨率圖像乘積的產(chǎn)品提高圖像信息。這個(gè)方法較為常用，特點(diǎn)明顯，即可以大大增強(qiáng)融合后圖像的目視效果，可以將多光譜數(shù)據(jù)的影像的彩色效果轉(zhuǎn)換為高分率圖像的全色信息。但是缺點(diǎn)明顯，就是對(duì)數(shù)據(jù)要求較高。在用這種方法處理數(shù)據(jù)時(shí)，必須進(jìn)行預(yù)處理和去噪處理，過(guò)程較為復(fù)雜，且會(huì)使個(gè)光譜信息失真。

Brovery變換的定義公式為：

式中：R、G、B——多光譜數(shù)據(jù)中的紅，綠，藍(lán)波段；

Pan——調(diào)整大小后的全色波段對(duì)應(yīng)值。

2.2 HIS變換

HIS變換適用面非常廣泛，是一種很常見的算法（HIS中H表示色調(diào)；I表示亮度；S表示飽度)。HIS的正變換，是把彩色影像所具有的RGB波段變換成HIS；由HIS變換成RGB稱為HIS的反變換。實(shí)際上在研究過(guò)程中，常常構(gòu)建RGB和HIS在空間上的對(duì)立關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)二者的轉(zhuǎn)換。HIS變換處理融合后生成的圖像結(jié)合了融合前2幅圖像各自的特點(diǎn)，使得圖像變成了具有高分辨率且信息量豐富的彩色融合圖像。融合后的圖像既有多光譜數(shù)據(jù)的豐富的信息含量，又有全色波段的高分辨率，又有多光譜數(shù)據(jù)的豐富的信息含量。

2.3 color normalized(CN)變換方法

CN變換又稱能量分離變換。它的原理就是使原始圖像的較低的分辨率的多光譜數(shù)據(jù)被融合后的圖像所具有的高分辨率所提升，比如Landsat8融合后的圖像的高分辨率增強(qiáng)融合前的多光譜數(shù)據(jù)的低分辨率。該方法僅對(duì)包含在融合圖像波段的波譜范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的輸入波段進(jìn)行融合，其他輸入波段被直接輸出而不進(jìn)行融合處理。該方法較為常用，使用范圍是盡量選擇大的地貌類型，乘積運(yùn)算（CN）對(duì)于大的地貌類型上處理效果好，還可以用于多光譜與高光譜的融合。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本文選擇了Landsat8上海地區(qū)的多光譜數(shù)據(jù)和ETM+的全色波段進(jìn)行融合，旨在通過(guò)融合提高處理后圖像的空間分辨率，使融合后的圖像具有高空間分辨率和豐富的波譜信息。由于上海地區(qū)的圖像分布在2張圖像上，所以需要經(jīng)過(guò)輻射定標(biāo)、大氣校正、鑲嵌、裁剪等步驟的預(yù)處理，接下來(lái)對(duì)2幅裁剪后的上海地區(qū)的圖像進(jìn)行融合實(shí)驗(yàn)，用多種方法來(lái)完成，體會(huì)各種方法的不同。

3.1 Brovey變換

選擇Toolbox中的Image Sharpening→Brovey變換方法，在彈出的窗口中選擇RGB對(duì)應(yīng)的多光譜的數(shù)據(jù)的波段432，點(diǎn)擊OK，在彈出的窗口中選擇高分辨率的全色波段，重采樣方法選擇三級(jí)卷積，選擇保存路徑，點(diǎn)擊OK運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。這樣就得到了Brovey方法的融合圖。

圖1 Brovey變換方法融合圖

3.2 HSV變換法

選擇Toolbox中的Image Sharpening→HSV Sharpening，在彈出的窗口RGB選擇對(duì)應(yīng)的多光譜數(shù)據(jù)432波段（字符型才可以使用），點(diǎn)擊OK，在彈出的窗口選擇高空間分辨率的全色波段，設(shè)置參數(shù)和保存路徑，點(diǎn)擊OK運(yùn)行。結(jié)果如圖2所示。這樣就得到了HSV變換法的融合圖像。

3.3 CN變換法

選擇Toolbox中的Image Sharpening→CN Spectral Sharpening，在彈出的窗口選擇低空間分辨率的多光譜數(shù)據(jù)圖像，點(diǎn)擊OK，在彈出的窗口選擇高空間分辨率的全色波段，設(shè)置參數(shù)，選擇保存路徑，點(diǎn)擊OK運(yùn)行。結(jié)果如圖3所示。這樣就得到了CN變換法的融合圖像。

圖2 HSV變換方法融合圖

圖3 CA變換方法融合圖

4 結(jié)論

從目視解譯的效果來(lái)看HSV變換的融合方法顏色較原圖變化比較大；Brovery變換法的融合顏色變化不大，基本保持了圖像的光譜特性，這對(duì)于圖像融合后的精度非常重要；而對(duì)于CN變換，從圖像上可以看出其顏色較原圖幾乎沒(méi)有任何變化，完整地保存了原圖的光譜特性，所以效果最好。從建筑物、道路、河流的輪廓和紋理來(lái)說(shuō)，CN變換方法要更加清晰可見，可以從圖像中清晰看見基本的建筑物等輪廓，使得原圖像的光譜特性得以保存下來(lái)；而Brovery方法則是融合后的圖像輪廓、紋理等要素等變化較大，HSV同樣如此。所以CN變換的方法最好，融合后的圖像光譜特性變化較小，原始信息保留較為完整。