多尺度幾何分析的多源遙感圖像融合算法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)與現(xiàn)代信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代遙感技術(shù)在社會(huì)生活的諸多方面得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。由于不同傳感器獲得的遙感圖像具有地物場(chǎng)景不同的影像特征，高空間分辨率、多光譜分辨率以及偏振特性在一幅圖像中無(wú)法得到同時(shí)的滿足，因而需要對(duì)多幅圖像進(jìn)行融合處理。圖像融合就是把多個(gè)具有不同成像原理的圖像傳感器或單個(gè)傳感器在不同時(shí)間或不同方法獲取的相同地點(diǎn)場(chǎng)景的多幅圖像進(jìn)行不同信息互補(bǔ)，獲得對(duì)成像區(qū)域更為準(zhǔn)確、更全面特征描述的處理過程。圖像融

2、合處理為圖像的分割、目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別、圖像的理解等提供更加有效的信息。
　　 多尺度幾何分析理論是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的圖像分解分析方法，可以對(duì)圖像的幾何結(jié)構(gòu)如邊緣、輪廓和紋理信息進(jìn)行高效地非線性逼近和稀疏表達(dá)，從而可以更好地反映圖像的細(xì)節(jié)特征信息。多尺度幾何分析理論克服二維小波變換不能有效捕獲高維奇異性的缺點(diǎn)，在圖像處理中得到廣泛的應(yīng)用并取得良好的效果。
　　 多尺度幾何分析方法應(yīng)用于遙感圖像的融合處理中，就是利用多尺度幾何分

3、析方法在圖像分解中的多尺度性、多方向性的各向異性特點(diǎn)，通過對(duì)高頻子帶的多方向圖像細(xì)節(jié)特征的提取獲得圖像融合的最佳效果。本文主要研究了多尺度幾何分析的發(fā)展及圖像稀疏表達(dá)的特點(diǎn)，圍繞多尺度幾何分析方法中的Contourlet變換、平穩(wěn)Contourlet變換、Directionlet變換以及二維EMD分解等分析方法在多源遙感圖像融合中的應(yīng)用展開研究。主要的研究工作與創(chuàng)新成果如下：
　　 (1)介紹了多尺度幾何分析方法的理論發(fā)展與特點(diǎn)

4、，研究了Contourlet變換的多尺度、多方向性的理論與特征，并針對(duì)Contourlet變換缺乏平移不變性的特點(diǎn)，研究了非下采樣Contourlet變換的基本原理。研究了基于Contourlet變換的高空間分辨率的SPOT全色光學(xué)遙感圖像與高光譜分辨率的TM遙感圖像進(jìn)行融合處理，提出采用區(qū)域相關(guān)系數(shù)以及方向系數(shù)的關(guān)聯(lián)性算法實(shí)現(xiàn)遙感圖像的融合處理，可以獲得同時(shí)具有高空間分辨率和光譜分辨率特性的遙感圖像，提高對(duì)圖像的信息分析和提取能力。研

5、究了基于非下采樣Contourlet變換的極化圖像融合算法，通過極化圖像的融合處理以減少相干斑噪聲的影響，算法中將高頻子帶系數(shù)的相關(guān)性系數(shù)作為融合的策略，在不同高頻子帶圖像系數(shù)中采用不同的融合策略以獲得最佳的融合效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非下采樣Contourlet變換可以獲得比傳統(tǒng)的PWF方法更佳的融合效果。
　　 (2)研究了Directionlet變換的工作原理和特點(diǎn)，Directionlets變換是一種通過多方向選擇來(lái)捕獲圖像

6、中各向異性特征信息的基于格子的歪斜多尺度幾何變換工具，與標(biāo)準(zhǔn)二維小波變換相比，能很好地描述系數(shù)的邊緣分布，充分體現(xiàn)鄰域間系數(shù)的相關(guān)性。提出了一種有效的基于Directionlets變換的偏振圖像融合算法，首先采用多方向多尺度的Directionlets變換對(duì)多個(gè)偏振圖像進(jìn)行分解，對(duì)于分解后的低頻系數(shù)采用加權(quán)平均融合算法；根據(jù)高頻子圖邊緣分布差異，對(duì)于方向高頻系數(shù)采用二維Teager能量的邊緣檢測(cè)算法以及區(qū)域方向?qū)Ρ榷人惴▽?shí)現(xiàn)偏振圖像的融

7、合處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的算法與傳統(tǒng)算法相比，在保留原始圖像邊緣和紋理信息的同時(shí)，可以有效地取得較好的融合視覺效果。
　　 (3)研究了獨(dú)立分量分析的理論和概念，對(duì)線性瞬時(shí)混合信號(hào)的獨(dú)立分量分析算法進(jìn)行了仿真研究，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較和評(píng)價(jià)。將獨(dú)立分量分析算法應(yīng)用到遙感圖像的融合處理中，詳細(xì)描述了算法的思想、算法實(shí)現(xiàn)的步驟，并將獨(dú)立分量分析與多尺度幾何分析的Contourlet變換結(jié)合對(duì)光譜圖像進(jìn)行融合處理，通過獨(dú)立分量系數(shù)的加

8、權(quán)算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)系數(shù)的融合處理。通過可見光圖像與紅外圖像的融合仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道，基于獨(dú)立分量分析算法實(shí)現(xiàn)融合處理可以獲得良好的融合效果。
　　 (4)研究了一維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法的基本原理以及仿真實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而推廣到二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法在圖像分解處理中的應(yīng)用。通過多聚焦圖像的分解和融合仿真實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解在圖像融合中的應(yīng)用效果。提出了二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解與方向?yàn)V波器組的多方向性二維經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法，并利用希爾伯特變換的瞬時(shí)幅值