高空间分辨率与高光谱分辨率遥感数据融合研究
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测绘第 ３ 卷 第 ６ ２ １ 年 １ 月 ３ 期 ００ ２
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高空 间分辨率与 高光谱 分辨率遥感 数据 融合研 究
满 旺
陈绍 杰
（． １ 厦门理工学院空间信 息科学 与工程系 ， 福建 厦 门 ３ １ ２ ； ． ６ ４ ２ 龙岩学院资源工程学院 ， ０ 福建 龙岩 ３ ４ １ ） ６ ０ ２ ［ 摘要 ］使用像素级融合常见算法及 Ｃ ｒ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌ ｔ变换与 Ｃ ｎ ｏ ｒ ｅ ｏ ｔ ｕ ｌｔ变换方法对 Ｈ ｐ ｒ ｏ ｙ ｅ ｉ ｎ数据与 Ｓ Ｏ Ｐ Ｔ进行融合 实验，并提取 了融 合后 典型地物光谱 曲线 。使用光谱角方法评价高光谱遥感影像融合后的光谱信息保持情况。
Ｒｅ ｅ ｒ ｈｏ ｇ ｐａｉｌ ｎ ｇ ｐ ｃｒ ｌ ｓ ｌｔｏ ｍ ｏｅ ｓ ａｃ ｎ Ｈｉｈ Ｓ ｔａ ｄＨｉ ｈ Ｓ ｅ ｔａ ｏ ｕ ｉｎＲｅ ｔ ａ Ｒｅ Ｓ ｎｓｎ ｍ ａ ｅＦ ｓｏ ｅ ｉ ｇＩ ｇ ｕ ｉｎ
ＭＡＮ Ｗ ｎ ＣＨＥＮＳ ａ －ｉ ａｇ ｈｏ ｅ ｊ
分 辨率 的一种 常规方 法 。 国内外 学 者一 般将 图像 融合 分 为 三个 级 别— — 像 素级 融合 、特 征级 融 合及 决 策级 融 合 。像 素 级 融 合 能够 较好 的保 留源 图像 的原 始信 息 ，一直 是 遥感 影像 融合研 究 的热 点 ，其 中常 见 的方 法包 括 Ｉ Ｓ变 Ｈ 换法 、Ｂ ｏ ｅ ｒ ｖ ｙ变 换法 、加权 平均 法 、Ｐ Ａ 方法 、高 Ｃ 通滤波 法 、小波变 换法及 以上这 些方 法 的混 合 方法 。 目前 国 内融 合研 究 大 多集 中在 多光 谱 遥感 同全色 遥
２ 实验数据 及融合方法
２ １实验数 据 ． 实 验 中高光谱 数 据采用 Ｈ ｐ ｒ ｏ ， ｙ ｅ ｉ ｎ 为方 便实验 ， 简化 计算 ，仅 从 Ｈ ｐ ｒ ｏ 感数据 的可 见光 与近 红 ｙ ｅ ｉｎ遥
外波 段 中选取 了 ５ 波段 参与融 合 实验 ，其 中波长 ０个
范 围为 ４ ６ ８ ｎ ￣９ ５ ４ ｎ ，光谱 分辨 率约 １ｎ 。 ２ ．２ｍ ２． １ｍ ０ ｍ 全色 影像 采用 Ｓ Ｏ Ｐ Ｔ５影像 。Ｈ ｐ ｒ ｏ ｙ ｅ ｉ ｎ与 Ｓ Ｏ ５数据 ＰＴ 特征 如表 １ 、２所示 。 对 Ｈ ｐ ｒｏ ｙ ｅ ｉｎ图像 ，在 Ｅ ｖ ４ ５下 ，采 用最 近邻 ｎ ｉ． 采样 法 ，将 其空 间分辨 率 拉伸 到 ５ ，并与 Ｓ Ｏ ｍ Ｐ Ｔ进行 了配准 ，配准后 的 Ｒ Ｓ在 ０ ５ Ｍ ． ｍ以下 。
８
２ ２ 融合 方法 ．
无 法用 于 高 光谱 遥 感数 据 融合 。本文 主 要采 用 了加 权平 均 法 、 小波 变化 、拉普 拉 斯金 字 塔 、 高斯金 字
由于 ＩＳ变 换 、 ｒｖ ｙ变换等 只 能使用 三波 段 ， Ｈ Ｂｏｅ
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测绘第 wk.baidu.com 卷第 ６ ２ １ ３ 期 ００年 １ ２月
感 影像 、Ｓ Ｒ影像及 激 光雷达 影像 的融合研 究 ，高光 Ａ
表 １ Ｈｐｒｏ ｙ ｅ ｉｎ的 技 术 特 征 国 家
美 国
波段数 目
２０ ２
光 谱 范 围／ａ 波 段 宽 度 ／ ｍ 地 面 分辨 率 ／ ｌｍ ｉ ｒ ｍ
０４—．０ ． ０ ２ ５ ｌ ０ ３ ０
塔 及 Ｃ ｒｅ ｌｔ变换 、Ｃｎ ｏｒ ｅ ｕ ｖｒ ｅ ｏ ｔｕ ｌｔ变换等 方法 ，分
波 段进 行融合 。
２ ２ １加 权平均 融合 ．．
算 法 的融合 过 程 都是 相 同 的 。首先 按 照一 定算 法对 原 图像 进行 处理 ，并 进行 间隔 采样 ，如此进 行 Ｎ 次
操 作 ，其 中每 一层 图像 的数据 量 只 是上 一层 图像 的
光谱分辨率较难协调。在给定信噪 比的条件下，较 高光 谱分 辨率 （ 光谱 波 段 ）往 往 意味 着 不 能 同时 窄 具 有 高空 间分 辨 率 。 因此 ，相 对 于 高 空 间分辨 率 遥 感 而 言 ，航天 高光谱 遥 感 的 空 间分辨 率 还 不 能达 到 很 高 ｕ 。数 据 融合 就 成 了提 高 高光 谱遥 感 数据 空 间
幅／ ｍ ｋ
７５ ．
量 化 等 级 ／ ｉ ｂｔ
ｌ ２
表 ２ Ｓ Ｏ ５的全色波段技术特征 ＰＴ 国家
法国
波段 数 目
１
光谱 范围／ｉ 波段宽度／ ｍ 地面 分辨 率／ ｌｍ ｎ ｍ
０４一．１ ． ８ Ｏ ７ ２０ ３ ５
幅／ｍ ｋ
６ Ｏ
量化等级／ ｉ ｂｔ
１ ４ ，这样 就形成 一个 多分 辨 的塔 状 结构 。然 后每 ／
一
加权平均融合是一种较简单的图像 融合方法 ， 该 算 法 不 对 参 加 融 合 的 源 图像 进 行 任 何 的变 换 分 解 ，而 是 直接 对 其像 素 的灰 度 值进 行 加权 处 理后 合
成一 幅新 的 图像 。加权 融合 的数 学模 型如 式 １ 示 。 所
１ 引言
对 一 套光 学 遥感 系 统 而 言 ， 图像 空 间分辨 率 与
谱遥 感 影像 融合 较 少 。本 文采 用 多种 方 法对 高 光谱 影像 与 高 分辨 率 影像 进 行 融合 实 验研 究 ，对 融 合后 影像 提 取 了 典型 地物 的光谱 曲线 ， 并对其 进 行 比较 分析 。
实验 结 果表 明 ，Ｃ ｒ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌ ｔ与 Ｃ ｎｏ ｒ ｅ 换 具 有 较 好 的 光 谱 保 持 效 果 。 ｏ ｔ ｕ ｌｔ变
［ 关键词］高光谱遥感；图像融合；Ｈ ｐ ｒ ｏ ｛Ｓ Ｏ ｙ ｅ ｉｎ Ｐ Ｔ ［ 中图分类号］Ｔ ３ １ Ｐ ９ ［ 文献标 识码 ］Ａ ［ 文章编号］ １７ — ０ ９（ ０ ０ ６ ０ ４ — ４ ６ ４ ５ １ ２ １ ）０ —２ ３０
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高空 间分辨率与 高光谱 分辨率遥感 数据 融合研 究
满 旺
陈绍 杰
（． １ 厦门理工学院空间信 息科学 与工程系 ， 福建 厦 门 ３ １ ２ ； ． ６ ４ ２ 龙岩学院资源工程学院 ， ０ 福建 龙岩 ３ ４ １ ） ６ ０ ２ ［ 摘要 ］使用像素级融合常见算法及 Ｃ ｒ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌ ｔ变换与 Ｃ ｎ ｏ ｒ ｅ ｏ ｔ ｕ ｌｔ变换方法对 Ｈ ｐ ｒ ｏ ｙ ｅ ｉ ｎ数据与 Ｓ Ｏ Ｐ Ｔ进行融合 实验，并提取 了融 合后 典型地物光谱 曲线 。使用光谱角方法评价高光谱遥感影像融合后的光谱信息保持情况。
Ｒｅ ｅ ｒ ｈｏ ｇ ｐａｉｌ ｎ ｇ ｐ ｃｒ ｌ ｓ ｌｔｏ ｍ ｏｅ ｓ ａｃ ｎ Ｈｉｈ Ｓ ｔａ ｄＨｉ ｈ Ｓ ｅ ｔａ ｏ ｕ ｉｎＲｅ ｔ ａ Ｒｅ Ｓ ｎｓｎ ｍ ａ ｅＦ ｓｏ ｅ ｉ ｇＩ ｇ ｕ ｉｎ
ＭＡＮ Ｗ ｎ ＣＨＥＮＳ ａ －ｉ ａｇ ｈｏ ｅ ｊ
分 辨率 的一种 常规方 法 。 国内外 学 者一 般将 图像 融合 分 为 三个 级 别— — 像 素级 融合 、特 征级 融 合及 决 策级 融 合 。像 素 级 融 合 能够 较好 的保 留源 图像 的原 始信 息 ，一直 是 遥感 影像 融合研 究 的热 点 ，其 中常 见 的方 法包 括 Ｉ Ｓ变 Ｈ 换法 、Ｂ ｏ ｅ ｒ ｖ ｙ变 换法 、加权 平均 法 、Ｐ Ａ 方法 、高 Ｃ 通滤波 法 、小波变 换法及 以上这 些方 法 的混 合 方法 。 目前 国 内融 合研 究 大 多集 中在 多光 谱 遥感 同全色 遥
２ 实验数据 及融合方法
２ １实验数 据 ． 实 验 中高光谱 数 据采用 Ｈ ｐ ｒ ｏ ， ｙ ｅ ｉ ｎ 为方 便实验 ， 简化 计算 ，仅 从 Ｈ ｐ ｒ ｏ 感数据 的可 见光 与近 红 ｙ ｅ ｉｎ遥
外波 段 中选取 了 ５ 波段 参与融 合 实验 ，其 中波长 ０个
范 围为 ４ ６ ８ ｎ ￣９ ５ ４ ｎ ，光谱 分辨 率约 １ｎ 。 ２ ．２ｍ ２． １ｍ ０ ｍ 全色 影像 采用 Ｓ Ｏ Ｐ Ｔ５影像 。Ｈ ｐ ｒ ｏ ｙ ｅ ｉ ｎ与 Ｓ Ｏ ５数据 ＰＴ 特征 如表 １ 、２所示 。 对 Ｈ ｐ ｒｏ ｙ ｅ ｉｎ图像 ，在 Ｅ ｖ ４ ５下 ，采 用最 近邻 ｎ ｉ． 采样 法 ，将 其空 间分辨 率 拉伸 到 ５ ，并与 Ｓ Ｏ ｍ Ｐ Ｔ进行 了配准 ，配准后 的 Ｒ Ｓ在 ０ ５ Ｍ ． ｍ以下 。
８
２ ２ 融合 方法 ．
无 法用 于 高 光谱 遥 感数 据 融合 。本文 主 要采 用 了加 权平 均 法 、 小波 变化 、拉普 拉 斯金 字 塔 、 高斯金 字
由于 ＩＳ变 换 、 ｒｖ ｙ变换等 只 能使用 三波 段 ， Ｈ Ｂｏｅ
２４ ４
测绘第 wk.baidu.com 卷第 ６ ２ １ ３ 期 ００年 １ ２月
感 影像 、Ｓ Ｒ影像及 激 光雷达 影像 的融合研 究 ，高光 Ａ
表 １ Ｈｐｒｏ ｙ ｅ ｉｎ的 技 术 特 征 国 家
美 国
波段数 目
２０ ２
光 谱 范 围／ａ 波 段 宽 度 ／ ｍ 地 面 分辨 率 ／ ｌｍ ｉ ｒ ｍ
０４—．０ ． ０ ２ ５ ｌ ０ ３ ０
塔 及 Ｃ ｒｅ ｌｔ变换 、Ｃｎ ｏｒ ｅ ｕ ｖｒ ｅ ｏ ｔｕ ｌｔ变换等 方法 ，分
波 段进 行融合 。
２ ２ １加 权平均 融合 ．．
算 法 的融合 过 程 都是 相 同 的 。首先 按 照一 定算 法对 原 图像 进行 处理 ，并 进行 间隔 采样 ，如此进 行 Ｎ 次
操 作 ，其 中每 一层 图像 的数据 量 只 是上 一层 图像 的
光谱分辨率较难协调。在给定信噪 比的条件下，较 高光 谱分 辨率 （ 光谱 波 段 ）往 往 意味 着 不 能 同时 窄 具 有 高空 间分 辨 率 。 因此 ，相 对 于 高 空 间分辨 率 遥 感 而 言 ，航天 高光谱 遥 感 的 空 间分辨 率 还 不 能达 到 很 高 ｕ 。数 据 融合 就 成 了提 高 高光 谱遥 感 数据 空 间
幅／ ｍ ｋ
７５ ．
量 化 等 级 ／ ｉ ｂｔ
ｌ ２
表 ２ Ｓ Ｏ ５的全色波段技术特征 ＰＴ 国家
法国
波段 数 目
１
光谱 范围／ｉ 波段宽度／ ｍ 地面 分辨 率／ ｌｍ ｎ ｍ
０４一．１ ． ８ Ｏ ７ ２０ ３ ５
幅／ｍ ｋ
６ Ｏ
量化等级／ ｉ ｂｔ
１ ４ ，这样 就形成 一个 多分 辨 的塔 状 结构 。然 后每 ／
一
加权平均融合是一种较简单的图像 融合方法 ， 该 算 法 不 对 参 加 融 合 的 源 图像 进 行 任 何 的变 换 分 解 ，而 是 直接 对 其像 素 的灰 度 值进 行 加权 处 理后 合
成一 幅新 的 图像 。加权 融合 的数 学模 型如 式 １ 示 。 所
１ 引言
对 一 套光 学 遥感 系 统 而 言 ， 图像 空 间分辨 率 与
谱遥 感 影像 融合 较 少 。本 文采 用 多种 方 法对 高 光谱 影像 与 高 分辨 率 影像 进 行 融合 实 验研 究 ，对 融 合后 影像 提 取 了 典型 地物 的光谱 曲线 ， 并对其 进 行 比较 分析 。
实验 结 果表 明 ，Ｃ ｒ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌ ｔ与 Ｃ ｎｏ ｒ ｅ 换 具 有 较 好 的 光 谱 保 持 效 果 。 ｏ ｔ ｕ ｌｔ变
［ 关键词］高光谱遥感；图像融合；Ｈ ｐ ｒ ｏ ｛Ｓ Ｏ ｙ ｅ ｉｎ Ｐ Ｔ ［ 中图分类号］Ｔ ３ １ Ｐ ９ ［ 文献标 识码 ］Ａ ［ 文章编号］ １７ — ０ ９（ ０ ０ ６ ０ ４ — ４ ６ ４ ５ １ ２ １ ）０ —２ ３０