遥感图像融合方法的几何性能研究

Image fusion methods could be categrated into two major classes, MRA and CS. MRA methods perform well on transfering spectral information, and CS methods have much higher spatial quality. Nowadays MRA is the state of the art, but spatial quality is poor compared to CS. Based on the study of image fusion theory and theoretical analysis of spatial quality, we propose that it is critic to improve MRA by its spatial quality, and it is possible to achieve the target by improving spatial detail extration and spatial detail modulation. Spatial constraints will be introduced by employing context adaptive mathods of detail modulation, which could eliminate blur of edges, and lead to a even better spectral quality. Anti-aliasing sub-band devision methods will be used in the process of detail extraction to eliminate alias, and gradient match will be used to decrease sensitivity to the error of co-registration. Proper combinations of spatial detail extraction and injection would yield new image fusion methods with high spectral and high spatial quality.

遥感图像融合方法根据空间细节提取方法的不同，可分为MRA和CS两大类。MRA具有较好的光谱信息传输性能，CS方法则具有较高的几何性能。由于遥感研究不断向着定量方向发展，因此具有较高光谱性能的MRA方法是当前的主流方法，但其几何性能仍有较大的提升空间。本研究在申请人提出的遥感图像融合理论模型研究的基础上，立足MRA方法分别从空间细节提取和空间细节注入两个方面分析影响融合方法几何性能的影响因素，提出采用基于局部方法的空间细节调制方法引入空间约束，解决飞色和边缘模糊的问题，并通过引入抗混叠的子带分解方法、梯度规定化等方式改进空间细节提取，从而减弱频谱混淆效应，降低对配准误差的敏感度。最后在融合理论框架下，对细节提取和细节注入进行综合，构建具有较高的光谱性能和几何性能的遥感图像融合方法。

本项目以遥感图像融合的几何性能为着眼点，结合 MRA 和 CS 方法的优势，从空间细节调制的局部方法和空间细节提取两方面入手，研究图像特性、具体环节的方法和融合性能之间的关系，在理论分析和试验验证的基础上设计具有较高的光谱性能和几何性能的遥感图像融合方法。研究从空间细节调制的局部方法入手，研究了局部方法的效率和效用。研究表明现阶段图像融合的重点仍是空间细节提取方法研究，空间调制的局部方法虽然在一定程度上可以改善融合图像的光谱性能，但对空间性能的提升效用不明显。提出了一种快速的局部参数构造方法。本研究的重点和难点是空间细节提取的抗混叠研究和配准误差的影响。通过理论分析，将问题归结于空间分辨率的确定和指定分辨率图像的构建方法。在空间分辨率研究中，首先从数学上证明了图像的尺度序列与参考图像相关系数最大时二者的分辨率相同，通过实验证明了两幅空间结构不同的图像，可以在频率域中基于幅度谱进行的相关系数计算，从而判断实际分辨率是否相同，进而设计了在频率域中进行相关系数计算的快速方法以及指定分辨率图像的构造方法。其次提出了一种基于融合的分辨率规定化的方法，在此基础上发展了一种结合CS和MRA的图像融合方法，可以在几何性能和光谱性能之间获得更好的平衡。通过在项目主持人提出的第二代图像融合框架下对融合图像退化过程进行的分析，对融合框架进行了改进，将中间频率作为融合图像几何性能提高的关键，发展了中间频率替换法。这部分研究极大的降低了图像融合中的频谱混淆和配准误差造成的影响。最后在简化的MTF模型下对现有的图像融合评价方案进行了改进，使分析结论更加可信，这一研究将导致过去十年间图像融合方法的重新检查。此外还对国产ZY-3数据非整数倍分辨率比例的融合进行了研究，提出了一种适用于国产数据的分块融合方法。