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基于鄰域匹配度和能量的curvelet變換融合

作者: 時(shí)間:2012-05-23 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:提出一種鄰域度和加權(quán)平均的多源遙感圖像曲波方法。對(duì)低分辨率的多光譜圖像和高分辨率的全色圖像作曲波圖像的曲渡系數(shù)中的低頻分量取自多光譜圖像的低頻分量。求兩幅圖像高頻系數(shù)鄰域內(nèi)的度,與閾值相比較,根據(jù)比較結(jié)果分別采用不同方法確定高頻系數(shù)。對(duì)生成系數(shù)進(jìn)行逆曲波后得到圖像。實(shí)驗(yàn)表明融合后的圖像清晰度和光譜性得到有效提高。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/165602.htm

關(guān)鍵詞:圖像融合;曲波變換;鄰域

曲波變換能夠有效地描述具有曲線或超平面奇異性的高維信號(hào)。對(duì)一幅圖像進(jìn)行N尺度曲波變換后,第一層是低頻系數(shù),表示圖像的輪廓信息;第N層是高頻系數(shù),體現(xiàn)圖像的細(xì)節(jié)和邊緣特征。2~N-1層是中高頻系數(shù)層,包含著圖像元素的邊緣特征,具備多方向性。遙感圖像的曲波變換融合一般采取像素的融合規(guī)則:粗尺度系數(shù)采用多光譜圖像的粗尺度系數(shù),細(xì)尺度系數(shù)采用多光譜圖像和全色圖象變換系數(shù)模值較大的細(xì)尺度系數(shù)。在設(shè)計(jì)融合規(guī)則時(shí)要鄰域,考察鄰域內(nèi)的統(tǒng)計(jì)特性,可有效提高融合質(zhì)量。

1 基于曲波變換的融合方法

Curvelet繼承和發(fā)展了小波分析優(yōu)良的空域和頻域局部特性,是一個(gè)新的多尺度變換分析工具,其相對(duì)于小波的優(yōu)勢(shì)在于更加適合描述圖像的幾何特征,更適合提取圖像的細(xì)節(jié)信息。這是因?yàn)樾〔ú捎玫氖?ldquo;塊基”(block base),在逼近邊緣時(shí)常常會(huì)產(chǎn)生環(huán)繞現(xiàn)象,模糊了邊緣:而采用的是“楔形基”逼近,與小波最大的差異就是具有任意角度的方向性,不像小波只具有水平、垂直、對(duì)角線3個(gè)方向,所以是各向異性的。在楔形分塊中,只有當(dāng)逼近基與奇異性特征重疊,即其方向與奇異性特征的幾何形狀匹配時(shí),才具有較大的系數(shù)。此外,較之小波具有更好的稀疏表達(dá)能力,它能將圖像的邊緣,如曲線、直線特征用較少的大的curvelet變換系數(shù)表示,克服了小波變換中傳播重要特征到多個(gè)尺度上的缺點(diǎn),變換后更加集中,更利于跟蹤和分析圖像的重要特征。因此,將curvelet變換引入圖像融合,可以利用eurvelet分析更好地提取原始圖像的特征,為融合圖像提供更多的信息。

融合的基本步驟為:

1)對(duì)源圖像分別進(jìn)行曲波變換,得到不同分辨率層次下的曲波系數(shù),包括coarse層、detail層和fine層;

2)根據(jù)融合應(yīng)用目的的不同,對(duì)不同尺度層采用不同的融合規(guī)則進(jìn)行處理。針對(duì)遙感圖像的曲波變換融合一般采取的融合規(guī)則為:粗尺度系數(shù)采用多光譜圖像的粗尺度系數(shù),細(xì)尺度系數(shù)采用模值絕對(duì)值大的細(xì)尺度系數(shù);

3)對(duì)融合的各層曲波系數(shù)進(jìn)行曲波逆變換得到融合圖像。

融合流程如圖1所示。

a.JPG

步驟2中融合方式是基于單像素的融合方式。多源遙感圖像不同波段的多光譜圖像成像方式不同,光譜特征差別大,相關(guān)性差,精確配準(zhǔn)難度高?;趩蜗袼氐娜诤戏绞?jīng)]有考慮區(qū)域信息,不適宜應(yīng)用在具備上述特征的多源遙感圖像之間的融合,所以在設(shè)計(jì)融合規(guī)則時(shí)要基于鄰域,考慮區(qū)域的統(tǒng)計(jì)特性和匹配程度,根據(jù)鄰域的匹配程度分類(lèi)高頻系數(shù)的提取方式,用兩幅圖像的鄰域統(tǒng)計(jì)特性確定加權(quán)系數(shù)。

2 基于鄰域能量和匹配度融合規(guī)則設(shè)計(jì)

區(qū)域的統(tǒng)計(jì)特性主要有能量、方差和梯度等,能量用曲波系數(shù)的平方表示,曲波變換后能量主要集中在低頻系數(shù)上,高頻系數(shù)的能量隨變換層數(shù)遞減。匹配度表征了不同圖像區(qū)域的相關(guān)程度。文獻(xiàn)中直接對(duì)像素灰度在鄰域內(nèi)按照匹配度大小進(jìn)行能量的加權(quán)處理,融合得到的圖像作為二次融合的圖像源。文中將曲波變換引入上述過(guò)程,在曲波變換域中考慮鄰域的匹配度,根據(jù)鄰域的匹配程度分別采用不同的高頻系數(shù)提取方式,在加權(quán)處理中用兩幅圖像的鄰域能量確定加權(quán)系數(shù)。

f.JPG

V(x,y)表示系數(shù)矩陣中點(diǎn)(x,y)的值;下標(biāo)k=M、H or F,M表示多光譜圖像,H表示高分辨率圖像,F(xiàn)表示融合后圖像。在多光譜圖像和高分辨率圖像曲波變換高頻系數(shù)矩陣的鄰域內(nèi)定義匹配度:

g.JPG

高分辨率全色圖像和低分辨率多光譜圖像進(jìn)行曲波變換融合時(shí),根據(jù)匹配度的大小對(duì)中心點(diǎn)進(jìn)行系數(shù)值的選取。如果匹配度小于閾值λ,說(shuō)明兩幅圖像在該位置空間特性差異較大,因此選擇能量較大區(qū)域的中心像素為融合圖像的像素;如果匹配度大于閾值λ,說(shuō)明兩幅圖像有較強(qiáng)的相關(guān)性,則進(jìn)行加權(quán)處理。鄰域能量較小的高頻系數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)值:

Kmin=0.5-0.5(1-MC)/(1-λ)

鄰域能量較大的高頻系數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)值:

Kmax=1-Kmin

高頻系數(shù)的選取規(guī)則為:

h.JPG

曲波變換融合中,基于鄰域能量和匹配度融合規(guī)則設(shè)計(jì)如下:

1)coarse層即低頻系數(shù)采用多光譜圖像的粗尺度系數(shù);

2)detail層和fine層.即中高頻和高頻分量采用上述高頻系數(shù)的選取規(guī)則。


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