pansharping文献:《A survey of classical methods and newtrends in pansharpening of multipectral images》

A survey of classical methods and newtrends in pansharpening of multipectral images

 

Introduction

图像的空间分辨率是传感器获得的信号的电磁带宽。Electromagnetic bandwidth

MS：multispectral data,波段数是4-7个

HS：hyperspectral data，波段数成百上千

PAN:panchromatic Image，全色，波长范围从可见光到热红外。可见光波段的全色影像结合了红、绿、蓝三种颜色。感器获取整个可见光波区（一般定义在0.4μ——0.7μ间）的黑白影像称全色影像。为防止大气散射对影像质量的影响，大多将蓝色光滤去，例如：spot5上的全色影像波区为0.51μ——0.73μ。如果用可见光加近红外波区获取的黑白影像，称全色红外影像。

Multispectral / multisensormerging,fusion/pansharpening(of the lower-resolution image)，利用一个单波段的全色影像来锐化MS影像。

 

 

2.1图像配准方法：

分类一：area-based和feature based %基于区域的方法原理？

分类二：基于灰度特性 和 特征点匹配

图像配准可以分为基于灰度特性[1]和基于特征点匹配[2]2种基本方法。前者主要取决于图像的灰度统计特性，适用于在灰度分布上有明显线性特征的图像嘲。后者主要研究图像的某些特征，适用于具有明显特征的图像14嗣。传统的图像配准方法将以上两种基本方法分裂开来，基于灰度统计特性的方法加大了算法的计算量，基于特征点匹配的方法忽视了特征提取过程中的误配准

 

2.2采样：上采样，下采样

所谓采样就是采集模拟信号的样本。 采样是将时间上、幅值上都连续的信号，在采样脉冲的作用下，转换成时间、幅值上离散的信号。所以采样又称为波形的离散化过程。的带限信号。

通常采样指的是下采样，也就是对信号的抽取。其实，上采样和下采样都是对数字信号进行重采，重采的采样率与原来获得该数字信号（比如从模拟信号采样而来）的采样率比较，大于原信号的称为上采样，小于的则称为下采样。上采样的实质也就是内插或插值。

上采样是下采样的逆过程，也称增取样（Upsampling）或内插（Interpolating）。

内插方法：最邻近采样法、双线性内插法（需要结合平滑滤波或非锐化掩膜）

注意：内插并不增加图像细节，但是可以对分辨率不同的图像进行匹配。

 

2.3直方图匹配

 将图像直方图以标准图像的直方图为标准作变换,使两图像的直方图相同和近似,从而使两幅图像具有类似的色调和反差。在遥感图像处理中,直方图匹配应用于：①图像镶嵌中图像的灰度调节,通过直方图匹配使相邻两幅图像的色调和反差趋于相同。②多时相图像处理中以一个时相的图像为标准,调节另一幅图像的色调与反差,以便作进一步的运算。③以一幅增强后色调和反差比较满意的图像为标准,对另一幅图像作处理,期望得到类似的结果。

3 pansharping

 

 

3全色锐化方法

1980强度调制集成方法IM method：根据SAR每个像元对应的一个值对MSS中每个波段每个像元的强度进行调整。

SPOT发射前就证明10m的彩色图像可以由SPOT的MS图像波段与全色影像分辨用三次不同的IM算法得到

 

 

比如SPOT5（2.5米全色，10米多光谱）、ALOS（2.5米全色，10米多光谱）、中巴资源（全色2.36米，多光谱19.5米）、福卫2号（2米全色，8米多光谱），P5(2.5米全色，可立体测图)、RapidEye(5.5米彩色)、QuickBird（0.61-0.72米全色，2.44米多光谱）、IKONOS（1米全色，4米多光谱，可立体测图）、GeoEye（0.5米全色，2米多光谱，可立体测图）、WordView（0.5米全色，2米多光谱，可立体测图）等等。

 

真彩色：是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。
全色图像：颜色是对人眼而言。全色是指全部可见光波段0.38~0.76um，全色图像为这一波段范围的混合图像，一般为黑白图像

 

 

3.1 CS组分替换法

3.2RSC 相对光谱替换法

(1)BT :Brovey transform

(2)IM:intensitymodulation

 

3.3高频注入法HFI:high-frequencyinjection family

HPF：high-pass filtering

思路：把高频信息添加到MS图像上

Step：1，对PAN图像使用低通滤波；2,用PAN原始图像减去前一步得出的图像；3将前一步得出的结果，一个像元一个像元地加到MS图像上；

算法：1，对MS上采样；2，利用卷积公式，选择合适窗口对PAN图像使用低通滤波；3，利用PAN原始图像减去第二步得出的低频图像，得到PAN图像的高频图像；4，对MS的每个波段，都逐像元加上3中的高频图像（在HPM方法中此时用到了调节因子）

方法：High PassModulation (HPM), also known as High Frequency Modulation (HFM)

 

3.4 Methods based on the statistics of the image

Price’s method

spatially adaptive algorithm

基于贝叶斯框架的锐化方法：

思路：认为LRMS和PAN为退化后的HRMS。

认为LRMS和PAN为x，y，锐化后的多光谱影像HRMS为z，已知观测值x，y，要求得后验p(z|x,y);根据各种分布的选择和求解方法，基于贝叶斯的锐化方法也可以分为很多种。

 

3.5Multiresolution Family

Laplacian pyramid(LP)

Gaussian pyramid(GP),

Generalized Laplacian pyramid (GLP)

算法：1，上采样MS；2，给PAN图像应用GLP；3，利用injection model，为每层GLP选择合适的权重；4，利用上一步得出的权重，将GLP中得出的细节加到MS图像的每个波段中。

Injection model ：

RWM injection model;

SDM injection model;

CBD injection model;

 

基础知识：

高斯模糊：在二维空间中，这个公式生成的曲面的等高线是从中心开始呈正态分布的同心圆。分布不为零的像素组成的卷积矩阵与原始图像做变换。每个像素的值都是周围相邻像素值的加权平均。原始像素的值有最大的高斯分布值，所以有最大的权重，相邻像素随着距离原始像素越来越远，其权重也越来越小。这样进行模糊处理比其它的均衡模糊滤波器更高地保留了边缘效果。http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E6%96%AF%E6%A8%A1%E7%B3%8A

高斯金字塔：在建立高斯金字塔的时候，我们首先会将影像转换为尺度空间的表示方式，亦即乘上不同大小的高斯函数，之后再依据取定的尺度向下取样。乘上的高斯函数大小和向下取样的频率通常会选为2的幂次，也就是说，在每次迭代的过程中，影像都会被乘上一个固定大小的高斯函数，并且被以长宽各0.5的比率被向下取样。如果将向下取样过程的图片一张一张叠在一起，会呈现一个金字塔的样子，因此这个过程称为高斯金字塔。

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E6%96%AF%E9%87%91%E5%AD%97%E5%A1%94

带通滤波器（英语：Band-pass filter）：指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。

(1) 拉普拉斯金字塔：LP将图像在空间域中分解成几乎没有联系的的带通channel，而且很好地保留了它的边缘。

(2) GLP：用到了两个不同的尺度因子，而且原来用来分析pan图像的低通减少滤波器在设计的时候让它符合注入空间信息的带宽的MTF

(2)wavelet transform：小波分析提供了一个把图像进行

(3)contourlet transform：

(4)curvelets transform:

它们的作用是找到MS合适的尺度来注入空间信息