基于小波变换的遥感图像融合.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.41M 资料格式：doc 举报版权申诉

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题目

摘要

遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自界的客观需要，更有其他技术

关键词：遥感技术，图像融合，小波变换

第1章绪论

1.1遥感简介

第2章遥感图像融合技术

2.1 遥感图像融合技术

2.2图像融合方法的研究

2.2.1研究背景

2.2.2遥感图像融合方法介绍

2.3 图像融合的目的

2.4遥感图像融合技术应用

第3章小波变换

3.1 小波变换简介

3.2小波变换的图像融合的基本原理

3.3小波变换的应用

3.4基于小波变换图像融合程序及结果分析

第4章结论与展望

参考文献

目录摘要........................................................................................................................ - 2 - 第 1 章绪论 .................................................... - 2 - 1.1 遥感简介 ................................................. - 3 - 1.2 遥感技术主要特点 ......................................... - 3 - 1.3 遥感技术实际应用 ......................................... - 3 - 第 2 章遥感图像融合技术 ........................................ - 6 - 2.1 遥感图像融合技术 ........................................ - 6 - 2.2 图像融合方法的研究 ....................................... - 8 - 2.2.1 研究背景 ............................................. - 8 - 2.2.2 遥感图像融合方法介绍 ................................. - 8 - 2.3 图像融合的目的 .......................................... - 9 - 2.4 遥感图像融合技术应用 ..................................... - 9 - 第 3 章小波变换 ............................................... - 11 - 3.1 小波变换简介 ........................................... - 11 - 3.2 小波变换的图像融合的基本原理 ............................ - 11 - 3.3 小波变换的应用 .......................................... - 13 - 3.4 基于小波变换图像融合程序及结果分析 ...................... - 13 - 第 4 章结论与展望 ............................................. - 16 - 参考文献 ...................................................... - 19 - - 1 -

题目摘要遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自界的客观需要，更有其他技术手段与之无法比拟的特点。而 MATLAB 作为一个灵活实用的编程软件，早已渗透到遥感图像的处理中，利用 MATLAB 可以对遥感图像进行图像增强、滤波、图像融合等，可以大大推动对遥感图像处理的深入理解和广泛应用。本文介绍了利用小波变换的方法对高分辨率影像和多光谱影像进行融合，并对结果进行了分析，展望遥感图像融合技术的未来。关键词：遥感技术，图像融合，小波变换 - 2 -

第 1 章绪论 1.1 遥感简介遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其他技术手段与之无法比拟的特点。从字面上说，遥感就是从远处感觉事物，严格的定义是远远的去感觉某一特定对象的技术；而广义的讲，遥感是不直接接触的收集关于某一特定对象的某种或某些特定的信息，从而了解这个对象的性质。近年来，一方面，由于空间科学、信息科学、计算机科学、物理学等科学技术的进步与发展，为遥感技术奠定了必要的技术基础，另一方面，由于人类生产活动不断地向深度和广度进军，遥感技术得到较为广泛的应用，因而使得遥感技术获得了飞跃的发展，已经成为发达国家和一些发展中国家十分重视的一项科学技术[1]。遥感顾名思义就是遥远的感知。即借助于专门的探测仪器，把遥远的物体所辐射（或反射）的电磁波信号接收纪录下来，再经过加工处理，变成人眼可以直接识别的图像，从而揭示出所探测物体的性质及其变化规律。属于空间科学的范畴。是物理、计算数学、电子、光学、航空（天）、地学等密切结合的新兴学科，对工农业、国防、自然科学研究具有重大的意义。遥感是以不同空间、时间、波谱、辐射分辨率提供电磁波谱不同谱段的数据。随着遥感技术的发展，越来越多的不同类型传感器被用于实际观测中。由于成像原理不同和技术条件的限制，任何一个单一的遥感器的遥感数据均不能全面反映目标对象的特征。这些多遥感器、多时相、多分辨率、多频段的遥感图像数据，就各自显示了自身的优势和局限。为了更充分地利用和开发这些数据源，数字图像融合技术应运而生。其中：遥感图像数据融合是一个正在兴起，并有着广泛前景的研究领域。它将那些在空间或时间上冗余或互补的多源信息按照一定的规则进行处理，减少数据冗余，提高数据的可靠性，改善目标识别的图像环境，从而增加解译的可靠性，减少模糊性。遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中 - 3 -

获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。 1.2. 遥感技术主要特点 1.2.1 可获取大范围数据资料遥感用航摄飞机飞行高度为 10km 左右，陆地卫星的卫星轨道高度达 910km 左右，从而，可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达 3 万多 km2。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。 1.2.2 获取信息的速度快，周期短由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星 4、5，每 16 天可覆盖地球一遍， NOAA 气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat 每 30 分钟获得同一地区的图像。 1.2.3 获取信息受条件限制少在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。 1.2.4 获取信息的手段多，信息量大根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。 1.3. 遥感技术的实际应用 1.3.1 遥感技术在地质灾害中的应用遥感技术应用于大面积的地质灾害调查, 可达到及时、详细、准确且经济的目的。在不同地质地貌背景下能监测出地质灾害隐患区段, 还能对突发性地质灾害进行实时或准实时的灾情调查、动态监测和损失评估。为此，我国设立了专门的“地质灾害遥感综合调查”课题, 经过近 20 年的实践,已摸索了一套较为合理、 - 4 -

有效的滑坡、泥石流等地质灾害遥感调查方法。在“5.12”汶川大地震的后续救援工作中，遥感技术就发挥了突出作用，第一时间提供了地质地貌变化情况，为政府作出正确决策提供了依据。 1.3.2 遥感技术在生态环境中的应用伴随着社会的进步和发展，气候变化、环境污染成为了人类世界所面临的发展瓶颈。遥感技术应用于宏观生态环境要素的监测,具有视野广阔、获取的信息量多、效率高、适应性强、可用于动态监测等众多优点,同时其技术方法成熟。为此,采用卫星遥感这一面向全球的先进技术,是环境科学研究的必要途径,它不仅可以为我们提供大面积、全天时、全天候的环境监测手段,更重要的是能够为我们提供常规环境监测手段难以获得的全球性的环境遥感数据,这些数据将成为我们进行环境监测、预报和科学研究不可缺少的基础。遥感技术应用于环境监测上既可宏观观测空气、土壤、植被和水质状况,为环境保护提供决策依据,也可实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发生、发展,及时制定处理措施,减少污染造成的损失。其从空中对地表环境进行大面积同步连续监测,突破了以往从地面研究环境的局限性。 1.3.3 遥感技术在农业气象灾害中的应用目前我国农业生产基础设施薄弱,抗灾能力差, 对气象环境的依赖性很大。农业气象灾害对国民经济,特别是农业生产造成了极为不利的影响。利用遥感技术，可以绘制更加清晰、形象的气象图；进行气候资源监测评价；气象灾害评估；气象灾害预警、气候分析评价等等气象服务；建设基于遥感技术和地理信息系统 (geographic information system) GIS 支持下农业气象灾害监测系统开发；利用气象数据,结合 GIS 背景资料对危害区域、危险程度、受害作物面积进行分析、计算、评估，预测洪涝灾害的演进规律，提供受灾区域、受灾人口与损失估算报告, 并根据已有的抗洪措施形成后期应急反应方案以及防灾系统建设方案。 1.3.4 遥感技术在海洋渔业中的应用近年来,海洋渔业遥感技术的研究和应用, 受到国内外各渔业相关科研单位和大学的广泛关注和重视。遥感技术应用于海洋渔业，具有大面积观测和实时动态监测的优点, 可以获取多种海洋环境要素信息,对预报渔场渔情信息是一种十分理想的手段。 - 5 -

1.3.5 遥感技术在流行病学研究中的应用遥感及其相关分析技术为流行病学研究开辟了新的途径。周晓农等人利用 1989 年与 1995 年两次全国血吸虫病抽样调查资料和我国黄河以南 1∶100 万数字化地图建立了我国钉螺分布的 GIS,显示了我国不同地区血吸虫病的流行强度、分布范围、数据来源及时间等。为应付未来突发事变,可利用遥感技术提供目标地区的流行病学疾病预测资料,以制订卫勤保障计划,保障部队战斗力。美国军方从 1982 年以来就运用遥感技术开展了大量研究,他们以降雨量和气温以及从 LANDSAT-3MSS 获取的数据为参数预测了菲律宾血吸虫病的流行区分布,并用来计算美军军事演习期间可能由于血吸虫病而导致的潜在伤亡数;另外还将遥感技术应用于战争时区别自然状态的疾病暴发与由于使用生物战剂引起的疾病暴发的研究[2]。而 MATLAB 作为一个灵活实用的编程软件，早已渗透到遥感图像的处理中，利用 MATLAB 可以对遥感图像进行图像增强、滤波、图像融合等，可以大大推动对遥感图像处理的深入理解和广泛应用[3]。第 2 章遥感图像融合技术 2.1 遥感图像融合技术数据融合是 80 年代形成和发展起来的一种自动化信息综合处理技术,它将来自多传感器或多源的信息和数据进行综合处理，从而得出更为准确可信的结 - 6 -

论，它充分利用多源数据的互补性和计算机的高速运算与智能来提高结果信息的质量。图像融合是数据融合技术在数字图像处理方面的一个应用。图像融合( image fusion)是以图像为主要研究内容的数据融合技术，是将相同或不同传感器得到的同一目标的多幅图像变换到同一坐标系中，利用图像融合算法合成一幅图像的过程。以两幅图像的融合为例，所得到的新图像不是原图像的简单叠加，而是对原图像的优化和复合，与原先两幅图像之间的关系可以用 “(1+1)>2”来比喻。待融合的图像之间具有信息的冗余性和互补性，经过图像融合技术得到的合成图像可以更全面、更精确地描述所研究的对象，为进一步图像处理和分析提供高质量数据。因此，图像融合技术在军事、医学、遥感、计算机视觉等领域得到了广泛的应用。数字图像融合可分为三级，即像素级融合、特征级融合和决策级融合。较成熟的像素级融合方法主要有 IHS 变换法、PCA 变换法、小波变换法，以及这几种不同方法相结合的方法。通常地，图像融合是指将来自不同探测器的图像进行合并，以得到一个更为完整的图片或场景。图像融合的主要目的是通过对多幅图像间的冗余数据的处理来提高图像的可靠性, 通过对多幅图像间的互补信息的处理来提高图像的清晰度。图像融合示意图见下图图2.1.1 图像融合示意图图像融合作为数据融合的一个分支,也用到了常用的数据融合方法,但又根据图像的特点引入了许多图像处理的方法。目前针对静态图像进行融合的方法有：权重叠加与主要成分分析、HIS变换融合、马尔可夫随机场与退火算法、人工神经网络、图像塔型结构与小波变换等。 - 7 -

遥感图像融合就是将多个传感器获得的同一场景的图像或同一传感器在不同时刻获得的同一场景的图像数据或图像序列数据进行空间和时间配准，然后采用一定的算法将各图像数据或序列数据中所含的信息优势互补性的有机结合起来产生新图像数据或场景解释的技术。这种新的数据同单一信源相比，能有效减少或抑制对被感知目标或环境解释中可能存在的多义性、残缺性、不确定性和误差，最大限度地提高各种图像信息的利用率，从而更有利于对物理现象和事件进行正确的定位、识别和解释。 2.2 图像融合方法的研究 2.2.1 研究背景图像融合就是将不同类型传感器获取的同一对象的图像数据进行空间配准，然后采用一定的算法将各图像数据中所含的信息优势或互补性有机的结合起来产生新图像数据的技术。这种新数据具有描述所研究对象的较优化的信息表征，同单一信息源数据相比，能减少或抑止对被感知对象或环境解释中可能存在的多义性、不完全性和误差，最大限度地利用各种信息源提供的信息。随着传感器、天基遥感平台、数据通信等相关技术领域的快速发展，现代空间遥感已经进入了一个能够动态、快速、准确、多手段提供各种对地观测数据的新阶段。尤其是航天遥感，已经在成像的空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率等方面呈现出了崭新的局面。现代遥感技术在数据获取方面，尽可能地集多传感器、多分辨率、多谱段和多时相于一体；在工程应用上与全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）等各种工具紧密结合[4]。 2.2.2 遥感图像融合方法介绍遥感图像融合是一种通过高级图像处理技术来复合多源遥感图像的技术. 遥感图像融合方法皆属于像素级融合方法范畴,不同融合方法具有不同的作用、优势及其限制条件,但其目的都是为了发挥多源遥感数据的优势,提高融合图像的质量. 目前,很多融合方法都是在已比较成熟的几种像素级合方法基础上发展起来的,这些研究是 HIS 变换和小波变换的遥感图像融合方法的基础。传统的基于像素级的图像融合方法依据其不同的原理，可以做如下分类： 代数运算方法，包括加权融合法、比值融合法、高通滤波法、Brovey 变换法和 SFIM 融合法；基于空间变换的方法，包括PCA 变换融合法和HIS 变换融合法； - 8 -

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