遥感图像融合效果客观评价

收稿日期:2008208225 修回日期:20092012163基金项目:国防基础“十一五”基金资助项目(A 2120060006)　作者简介:朱卫纲(19732　),女,陕西西安人,博士研究生,主要研究方向:信息融合、系统效能分析等研究工作。

文章编号:100220640(2010)022*******遥感图像融合效果客观评价3朱卫纲1,2,周荫清1,徐华平1,李春升1(11北京航空航天大学电子信息工程学院,北京　100083,21装备指挥技术学院,北京　101416) 摘　要:能够对不同的融合技术的性能进行客观、系统、全面地评价,成为目前空间信息处理以及遥感图像融合研究领域中亟待解决的问题。

对国内外遥感图像融合系统及技术的发展历程进行了介绍,重点分析了遥感图像融合效果评估技术的研究现状,归纳了现有的效果评估方法。

通过实验,进一步讨论了当前遥感图像融合效果评估技术所存在的主要问题,有助于明确该领域的发展方向和研究侧重点,为遥感图像融合系统及空间信息处理的研究奠定基础。

关键词:空间信息资源,遥感图像融合,融合效果评估中图分类号:T P 7 文献标识码:ASurvey of Rem ote Sen si ng I mage Fusion A ssess m en tZHU W ei 2gang 1,2,ZHOU Y in 2qing 1,XU H ua 2p ing 1,L I Chun 2sheng1(11S chool of E lectronic and Inf or m ation E ng ineering ,B UA A ,B eij ing 100083,Ch ina ,21Institu te of Co mm and and T echnology of E qu ipm ent ,B eij ing 101416,Ch ina ) Abstract :T he i m age fu si on has been an i m po rtan t techn ique fo r i m age analysis and com pu ter visi on 1M u lti 2sen so r i m age fu si on has attracted m any atten ti on s in rem o te sen sing area 1W ith the developm en t of the rem o te sen sing i m age fu si on ,perfo r m ance m easu re fo r i m age fu si on w ill p lay i m po rtan t ro les 1B u t there are little atten ti on to it and no t a perfect ,system ic and effective theo ry of evaluati on 1In th is paper ,w e m ain ly analyze the state 2of 2the 2art of the rem o te 2sen sing i m age fu si on assess m en t and su rvey the cu rren t evaluati on m ethods firstly 1T hen the key deficiencies are discu ssed based on the experi m en ts ,and the developm en t directi on of i m age fu si on evaluati on is po in ted ou t 1Key words :info r m ati on resou rce in space rem o te sen sing i m age fu si on ,fu si on perfo r m ance m easu res引　言融合的概念出现于20世纪70年代,当时称之为多源相关、多传感器混合和数据融合。

信息融合技术很快就引起了世界的关注,无论是军用系统,还是民用系统都趋向于采用信息融合来进行信息综合处理。

许多发达国家已在很多重大研究项目中实施了信息融合计划,并陆续开发出一些实用性系统。

国内对多传感器数据融合理论和技术的研究起步较晚,基本是在海湾战争之后才引起高度重视。

1995年,我国召开了关于数据融合的第一次专门讨论会。

此后,为跟踪国际前沿,我国把信息融合技术列为重点研究项目,成为计算机技术、空间技术等高新产业领域的关键技术之一。

遥感图像融合是空间遥感信息系统中的核心技术之一。

由于其具有时空覆盖宽,目标分辨能力与测量维数高,重构能力好,并且有冗余性、互补性、时间优越性以及相对低成本性等突出的探测优越性,在国际上受到高度重视并已取得长足进展[1]。

目前,我国空间信息资源的深层获取、有序管理、综合应用尚待深化。

能够对不同的融合技术的性能进行客观、系统、全面地评价,成为空间信息处理以及遥感图像融合研究领域中亟待解决的问题。

融合质量的客观评价可用来指导融合,提高融合的效果,优化系统的配置,不可否认,将融合效果评价的信息加入到融合规V o l .35,N o.2Feb,2010火力与指挥控制F ire Contro l &Comm and Contro l第35卷　第2期2010年2月则的选取和参数的选择过程中,可以更充分地利用信息源提供的信息,得到比开环融合过程更好的效果[2]。

随着融合技术在各个领域中快速的应用和发展,学者们逐渐认识到:一种能够对各种融合技术进行客观、系统、定量、全面地分析和比较的理论是非常必要且是目前急需的。

这在许多优秀学者的文章中都有体现:如郁文贤提出“建立信息融合系统的设计和评估方法是信息融合研究存在的问题和发展方向”[3];D avid提到目前的数据融合技术缺乏严格的测试和评估方法,数据融合研究领域的学者们需要努力进行高标准的算法开发、测试和评估,建立标准的测试准则,进行完善的技术设计评估[4]; Zajic1T i m指出“在开发和比较实际系统时,准确地评估融合算法的性能是至关重要的。

而且,度量学的重要性由于自适应融合、融合管理等融合策略的出现而增长了。

这些新方法要求更加认真地对融合方法的性能、有效性和鲁棒性进行检测”[5];赵巍在文献[6]中提到“建立客观的图像融合技术评价标准也是急需解决的问题”;夏明革总结“主观与客观相结合的图像融合质量的评价准则的确定与方法研究是图像融合有待解决的问题之一”[2];倪国强指出“深入开展有效的图像融合效果评价研究是基于视觉神经动力学图像融合技术未来发展方向之一”[4];韩崇昭指出“如何建立评价机制,对信息融合系统进行综合分析和评价,以衡量融合算法的性能,也是亟待解决的问题”[7]。

可见,开展遥感图像融合性能评估技术的研究有着十分重要的意义和实用价值。

为了对遥感图像融合效果评估技术有较为全面的了解,本文查阅了最近20年内国内外参考文献,对现有的评估方法进行了归纳和评述。

文章首先分析了遥感图像融合效果评估技术的研究现状及其的重要性,重点归纳了现有的评估方法,通过实验,进一步讨论了目前融合评估技术所存在的主要问题。

1　常用的遥感图像融合效果评估方法融合性能评价技术的发展是最近十多年的事情,可以查阅的文献较少,在这些文献中,将主要研究目的集中放在效果评估这一点上的就更少,且涉及的评估方法相互引用的较多。

从查阅的资料表明,目前尚没有一种通用的定量评估手段来完成对遥感图像融合技术的评估。

现有的遥感图像融合效果评估方法与其他图像融合效果评估方法相同,一般分为两大类,一类是主观评价方法;另一类是客观评价方法。

主观评价方法是判读员或测试者通过目视直接对融合图像进行判断,具有简单、直观的特点,但人类视觉对图像的各种变化并不都很敏感,且受个人主观因素影响较大,具有一定的片面性,重复利用性差,因此常常需要采用客观、定量的评价方法。

现有的客观评价方法主要可以分为两大类:单因素指标评价方法和综合评价方法。

其中用单因素评价指标进行融合效果评估的占主体,而综合评价方法却很稀缺。

目前,提出的单因素评价指标主要有:3反映融合图像空间信息量状况与改善程度的评估指标:如方差[8]、信息熵[13]、交叉熵[15]、熵差[9]、互信息[5]、联合熵[10]等。

3反映融合图像谱信息状况与改善程度的评估指标:如图像均值[14],偏差度(又称为扭曲程度)[14]、相对偏差度(又称为偏差指数)[14]、相关系数[14]、均方根误差[9],均方差[10]、归一化最小方差[10]等。

3反映噪声抑制能力的评估指标:如信噪比[10]、峰值信噪比[10]等。

3反映边缘保持效果及纹理清晰状况的指标:如平均梯度[11],空间频率[9]、小波系数平均能量[12]等。

运用综合指标进行融合效果评估中具有代表性的方法有:3杨　[15]的方法是先定义了反映光谱信息的单评价指标h S P和反映空间分辨率的单评价指标h H F,然后以gΚ测度为模糊测度,利用模糊积分将这两个单指标进行综合,得到一个综合评价指标来评估多光谱图像和高分辨图像的融合效果。

3徐宝昌[16]的方法是将融合图像的熵值、交叉熵平均值、交叉熵均方根值和平均梯度值构成单因素评价指标集,再基于知识确定F测度和各单因素评价指标的隶属度函数,应用Choquet积分综合各单因素指标得到一个综合评价指标。

3P iella[18]、Cvejic[17]和胡良梅[19]等人提出的综合评价方法都是基于Zhou W ang在文献[20]中提出的图像质量指标Q0的改进。

该指标综合了两幅图像之间的结构相似度、平均照度失真、对比度失真信息。

文献[18,19]分别计算两幅源图像与融合图像之间的Q0,并将反映人类视觉特性的边缘信息对上述指标进行加权求和,得到综合评价指标。

Cvejic认为P iella的方法是将两幅源图像做同等对待,没有考虑各源图像对融合图像的贡献不同,且权值计算受到模板大小的影响,提出以融合图像与各源图像・2・ (总第35-172)火力与指挥控制2010年　第2期之间的相似程度作为权值,该方法与主观评价结果很好地吻合,且不受模板大小的影响,比简单的均方根误差和互信息评价方法要好。

3Xydeas [24]根据人类视觉对局部变化敏感的特性,提出通过衡量源图像与融合结果图像边缘信息相似性来评估融合图像质量。

3王强提出,应用相关信息熵概念定量地描述出不同融合方法所对应的源图像与结果图像之间的信息相关程度,和基于源图像与结果图像之间信息偏差程度两方面进行图像融合效果评估[21]。