基于小波核滤波器和稀疏表示的遥感图像融合

【摘要】随着遥感技术的发展，其应用也越来越广泛，在地学科学、农业、气象、林业、城市规划、环境监测等等领域均有不同程度的应用。然而，由于遥感传感器技术本身的限制，所获得的遥感数据往往不能反映出区域的全部信息。为了更好的理解该地域的内容，将不同遥感器获得的图像信息进行融合便成了一项十分经济且有效的方案。近年来，为了提高对遥感图像的解译能力，信息融合的技术被引入到融合多遥感器图像及遥感卫星图像中。本论文以遥感图像融合为研究背景，结合国家自然科学基金、国家“863”计划、“973”计划以及“111”创新引智计划等项目的任务与需求，利用多尺度几何分析、机器学习方法和优化算法等工具，完成了遥感图像融合方法的研究工作。论文主要工作概括如下：1.借助支撑矢量机逼近原理对图像进行逼近建模，由此实现以核函数来描述图像，并提出一种多尺度变换工具——小波核滤波器。将小波核滤波器应用在桥梁分类、移动和静止目标获取和识别数据库（MovingandStationaryTargetAcquisitionandRecognition，MSTAR）的数据识别及合成孔径雷达图像去斑中。桥梁分类和MSTAR数据识别应用结果表明，图像数据经过小波核滤波器之后得到系数能更好的表达原图像的信息，而图像去斑的应用也显示出由于该滤波器具有平移不变性，针对去斑中出现的振铃效应基本清除。2.将提出的小波核滤波器应用到遥感图像融合中。小波核滤波器具有多尺度性、平移不变性、完全重构性等，使得该滤波器在图像融合的应用中具有优势。针对多传感器图像的特点，以区域能量最大值作为融合策略，实现基于小波核滤波器的多传感器图像融合，并与其他多尺度变换工具如小波变换、非下采样的小波变换、Contourlet变换、非下采样的Contourlet变换进行比较。四组针对曼彻斯特大学图像融合库的多源图像融合结果表明，小波核滤波器应用于多传感器图像融合是有效的，克服了图像融合中常出现的振铃效应，细节保持较好，取得更为清晰的融合结果。针对多光谱与全色图像的融合问题，在小波核滤波器的基础上，提出两种融合策略：其一是与传统的亮度-色调-饱和度变换相结合，对亮度I分量进行处理，将全色图像的细节加入到I分量中；其二是采用改进的空间分辨率增加框架法（AméliorationdelaRésolutionSpatialeparInjectiondeStructures，ARSIS）作为融合框架，利用多尺度分析手段为多光谱图像补充上缺失的细节成分。随后给出的来自于光学卫星的多光谱图像结果表明，小波核滤波器能够应用在多光谱图像与全色图像的融合中，获取融合结果，两种融合框架均能获得所需的具有高分辨率的多光谱图像，为后续多光谱图像的处理及应用奠定了基础。3.针对遥感图像融合问题，提出了小波核滤波器结合优化算法的遥感图像融合方法。首先，结合小波核滤波器，将粒子群算法应用到多传感器图像融合中。针对细节子带仍采用区域能量最大值的融合策略，而近似子带则选择粒子群算法去搜索得到一个最优的近似子带。实验结果表明，结合小波核滤波器和粒子群算法的方法是有效的，可以得到相对最优的融合结果。针对多光谱与全色图像的融合问题，结合小波核滤波器和克隆选择算法给出两种融合策略：其一是通过小波核滤波器中参数的变化，给出多组小波核滤波器，结合亮度-色调-饱和度变换获得多组融合结果，克隆选择算法用来寻找到最优权值组合给出最优融合结果；其二是利用克隆选择算法寻找最优的亮度I分量，得到一个最逼近全色图像的I分量进行随后的融合处理。结果表明，结合优化算法的融合策略能够找到最优值，得到相对最优的融合结果。4.随着稀疏表示理论的发展，该理论已被成功的应用于图像处理领域中。由于图像能够采取稀疏表示的方式来得到系数，稀疏的系数用来表达源图包含的信息，因此利用该系数便可完成图像融合的要求。根据多源图像的特点及稀疏表示获得的稀疏系数的特点，给出五种融合策略下得到的融合结果，并进行了比较，选择出适合于稀疏系数的融合规则，并与传统的多尺度变换方法进行比较，结果表明稀疏表示理论应用到图像融合领域亦能获得较优的结果。针对多光谱图像融合的问题，首先参照多光谱图像的特点，将基于稀疏表示的超分辨方法应用到多光谱图像与全色图像的融合中，通过超分辨方法先获得对应于低分辨率多光谱图像的高分辨率图像，结合ARSIS框架与全色图像融合，获得了较好的结果。5.考虑到多光谱图像融合的目的在于增加多光谱图像的细节信息含量，将二维经验模式分解引入到前文提到的基于广义的亮度色度饱和度变换和小波核滤波器结合的多光谱图像融合方法中，并且为了找到既能提高光谱性又增加细节信息的结果，将折中参数引入了融合方法中，由此获取高分辨率多光谱图像，使得新获取的图像能够在保持光谱特性的基础上增加尽可能多的细节信息。
【作者】刘帆；
【导师】焦李成；
【作者基本信息】西安电子科技大学，模式识别与智能系统，2014，博士
【关键词】图像融合；小波核滤波器；优化算法；稀疏表示；

【参考文献】
[1]李向光.微悬臂梁的冲击、静电和阻尼研究[D].中北大学,光电子技术与仪器,2014,硕士.
[2]李思雯.温针灸夹脊穴治疗神经根型颈椎病的临床研究[D].黑龙江中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2014,硕士.
[3]郎爽.运煤输电度电成本对比分析及临界距离研究[D].北京交通大学,2014.
[4]樊玥嫡.论墨子“兼爱”思想及其对中国社会的影响[D].西南大学,中国哲学,2013,硕士.
[5]连海燕.基于分数阶傅里叶变换的浅海水声定位关键问题研究[D].厦门大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[6]王宝仁,陈耀.重力地形改正的等效质线法[J].石油地球物理勘探,1991,05:617-624+672.
[7]范平安.全面建设小康社会务须消防安全作保障[J].河南消防.2003(05)
[8]杨良怀,周健,龚卫华,陈立军.组合盘节能缓存替换机制[J].计算机研究与发展,2013,01:19-36.
[9]郭凯.TPM管理与7S在马勒南京铸造车间中的应用[D].武汉纺织大学,工业工程,2014,硕士.
[10]李华伦.发射回收一体化空气炮性能研究[D].南京理工大学,航空宇航制造工程,2013,硕士.
[11]崔琳.少儿武术传承的理念研究[D].苏州大学,体育教学,2012,硕士.
[12]许小庆.新型电液伺服比例阀用电—机械转换器的理论分析和试验研究[D].太原理工大学,2010.
[13]一江.《石油学报》举办创精品研讨会[J].石油地球物理勘探,1997,05:748.
[14]杨虎.制造企业商业模式创新的实现路径研究[D].浙江工商大学,企业管理,2014,硕士.
[15]王静.一个一粒小麦抗病基因类似物的功能验证[D].南京农业大学,作物遗传育种,2013,硕士.
[16]蒋一波,陈琼,王万良,楼弘.视频传感器网络中基于移动目标轨迹预测的K级覆盖增强算法[J].传感技术学报,2014,07:956-963.
[17]孙建华.组合夹具网络信息系统的实现与优化研究[D].西北工业大学,机械电子工程,2004,硕士.
[18]华凌.石墨烯纸可大大缩短锂电池充放电时间[N].科技日报,2012-09-04002.
[19]危浡文.新型农村合作医疗保险：医保政策执行过程中的偏差研究[D].华中师范大学,政府经济学,2013,硕士.
[20]井延苗.支架液压系统可靠性分析系统设计[D].西安科技大学,工业工程,2014,硕士.
[21]张红红.高管团队特质对差异化竞争优势影响的实证研究[D].河北经贸大学,企业管理,2012,硕士.
[22]胡燕妮.基于Pad的亲子阅读用户体验与应用创新研究[D].浙江工业大学,2014.
[23]黄素真.矿山企业现代生产物流管理系统研究[D].山东科技大学,2004.
[24]肖仕.拟南芥COS1基因的克隆及其功能分析[D].湖南农业大学,植物病理学,2003,硕士.
[25]刘凯.湘潭锰矿栾树人工林水文效应及净化功能研究[D].中南林业科技大学,水土保持与荒漠化防治,2013,硕士.
[26]于洋.人本视角下高职大学生职业生涯规划的研究[D].吉林农业大学,职业技术教育学,2012,硕士.
[27]王晓羽.中学语文近义词教学探究[D].辽宁师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[28]李作虎.甘汞电极的维护及其修理方法[J].冶金自动化,1982,01:60-62.
[29]徐春晖,陈珽.多随从诱导策略[J].自动化学报,1991,05:577-581.
[30]朱昌松.CEO背景特征异质性下薪酬与企业绩效关系实证研究[D].山东大学,会计学,2013,硕士.
[31]李海舰,王松.文化与经济的融合发展研究[J].中国工业经济,2010,09:5-14+25.
[32]龙梦瑶.耒阳新市古镇保护与旅游开发研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[33]徐崇艺.补肾疏肝调周疗法治疗肾虚肝郁型排卵障碍性不孕症临床疗效观察[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[34]李若萱.环圈式扩弓矫治器扩弓疗效的实验研究[D].第四军医大学,口腔临床医学,2004,硕士.
[35]王彦辉,刘海超,高雷,郭立伟,李书昌,谷友侠.轧制力优化对20辊冷轧硅钢厚度精度的影响[J].冶金自动化,2014,05:68-72.
[36]张志丹.纳米粒子/碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及耐磨性能研究[D].南京航空航天大学,材料加工工程,2013,硕士.
[37]蒋院强.农村土地承包经营权退出问题研究[D].广东财经大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[38]任彦丰.LIPCA压电驱动执行器的性能研究[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[39]曹雪利.汉阴凤堰梯田保护与利用模式研究[D].西北大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[40]邓丰.推行BPR，防范与控制民航维修人为差错[D].四川大学,工商管理,2003,硕士.
[41]张媛媛.跨海通道建设与城市空间演化及其对人口分布的影响研究[D].华东师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[42]熊家继.HEVC中的量化矩阵与码率控制[D].华中科技大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[43]范丽娟.S企业供应链中EPC物联网的应用研究[D].北京交通大学,2014.
[44]王丁章.面向低能耗的无线传感器网络节点部署[D].江苏科技大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[45]宋卫荣.基于小波变换和人工神经网络的图像识别研究[D].苏州大学,通信与信息系统,2003,硕士.
[46]杨金广,刘振德,邵伏永,吴虎.基于渗透边界条件的三维粘性叶轮机械气动设计反方法应用研究[J].推进技术,2015,05:1.
[47]张洪宾.多组分纱线拉伸性能的研究[D].青岛大学,纺织工程,2013,硕士.
[48]熊艳.论善意取得制度在夫妻一方擅自处分共有财产案件中的适用[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[49]崔霞丽.聋生感受的师爱与学习效能感的关系：学习动机的中介效应[D].西南大学,特殊教育,2014,硕士.
[50]李凤.湖南丘陵地区高校新校区规划中的竖向设计研究[D].湖南大学,建筑与土木工程,2012,硕士.