遙感測繪圖像融合的運用研究

楊歲橋

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730046）

在科學(xué)技術(shù)水平高度發(fā)達(dá)的今天，單一遙感技術(shù)已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展的需求，將遙感與測繪圖像之間進(jìn)行有效的融合能夠讓遙感技術(shù)得到全新的突破，更加促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)乃至社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展[1]。

1 遙感測繪圖像融合概述

測繪圖像融合簡單的來說就是不同數(shù)據(jù)之間的相互融合，不同遙感數(shù)據(jù)之間的融合方式也會有所不同，然而多源遙感數(shù)據(jù)融合可以通過多種傳感器獲取不同的信息數(shù)據(jù)處理之后，嚴(yán)格依照規(guī)定的算法對這些圖像當(dāng)中蘊含的信息進(jìn)行有效的獲取和融合，新數(shù)據(jù)也就是在這個基礎(chǔ)之上建立起來的，這樣能夠保證對同一事物進(jìn)行更加客觀和本質(zhì)的了解，而且還能夠讓圖像內(nèi)部的信息含量進(jìn)行大幅度的提高，圖像能夠在提取、分類等各項工作當(dāng)中取得更好的效果，對后期各項工作的正常進(jìn)行起到一定的促進(jìn)作用[2]。

通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)抽象可以分為三個層次，數(shù)據(jù)抽象經(jīng)過融合之后可以分為像素級融合、特征級融合和決策級融合三個。

首先，像素級融合簡單的來說就是指圖像經(jīng)過配準(zhǔn)之后將各個像素點進(jìn)行有效的融合，在通常的情況下，融合之后得到的結(jié)果是一副信息含量較大且比較豐富的圖像信息，對之后的圖像分析和理解工作來說奠定良好的基礎(chǔ)[3]。這種融合方式對傳感器的要求比較高，收集到的信息含量較多，自身具備的精度也比較高。其次，特征級融合就是對一些經(jīng)過配準(zhǔn)之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取工作，在關(guān)聯(lián)處理之后能夠保證傳感器獲取到的特征向量是來自一個目標(biāo)的，之后在對這些特征向量進(jìn)行融合可以對圖像信息進(jìn)行分類和識別工作。這種融合方式能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行有效的壓縮，工作人員可以依據(jù)實際情況對信息進(jìn)行實時的處理。最后，決策級融合是各個傳感器能夠?qū)ε錅?zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，結(jié)合分析得到的結(jié)果對不同的圖像進(jìn)行科學(xué)分類，從而得到的層態(tài)勢評估程度也是比較高的，該方式有著較好的容錯性和開放性，短時間內(nèi)可以對信息進(jìn)行有效的處理。

2 遙感圖像融合算法

2.1 分量替代融合算法

在遙感圖像融合算法中一項重要的方法就是分量替代融合算法，同時亦是使用頻率最高的算法。該算法的原理在于先轉(zhuǎn)移遙感測繪的光譜至另一圖像內(nèi)，并采取對應(yīng)的全色圖來條帶原圖的主分量，隨后利用相關(guān)的算法與技術(shù)來反映至原圖當(dāng)中，以形成一個新的融合圖像[4]。通常情況下，分量替代融合算法包括了PCA變化以及IHS變化融合算法。而相對來說應(yīng)用范圍較廣的是IHS融合算法，其原理在于將遙感測繪圖的多光圖像轉(zhuǎn)化至IHS空間內(nèi)，同時采取亮度、圖像、分辨率比較與分析的方法來開展全面匹配，隨后用匹配所得的全色圖像來替代亮度分量，從而獲得對應(yīng)的融合圖像。

2.2 多分辨分析融合算法

該算法主要是由多種小波變換算法共同構(gòu)成。通過大量實踐表明，該種算法的優(yōu)點在于能夠分解全色圖像，并且能夠轉(zhuǎn)變遙感圖像的低頻部位為高頻部分，進(jìn)而為遙感圖像的融合夯實基礎(chǔ)。其中高頻部分是多光譜圖像所缺失的部分，在實際融合環(huán)節(jié)，如若利用全色圖像的高頻部分來替代多光譜圖像，便會使得融合圖像的分辨率得到提高[5]。不過由于小波變換的變動性極強(qiáng)，所以在融合環(huán)節(jié)要求分解圖像為3個方向的子帶信號，在遙感圖像融合中應(yīng)用小波后便可以實現(xiàn)圖形融合質(zhì)量的提升，并在一定程度上提高其抗干擾能力、容錯性以及預(yù)處理能力。

2.3 觀測模型融合算法

雖然上述兩種算法能夠給遙感圖像的融合提供較好的底圖，不過兩者均未能將高分辨率的全色圖與圖像有效運用起來，所以難以獲得理想的融入效果。

而觀測模型融合算法構(gòu)建起低分辨的多光譜圖像以及高分辨的多光譜圖像，隨后采取線性估計的方式來獲得融合的圖像[6]。所以不管是清晰度或是應(yīng)用價值，該種算法均要遠(yuǎn)優(yōu)于以上兩種融合算法。

3 遙感測繪圖像融合的有效運用

3.1 對特征信息的多源圖像融合模型進(jìn)行分析

目前，測繪圖像信息融合技術(shù)在大多數(shù)的情況下可以將圖像融合分為兩個大類，一類是對圖像的視覺效果和圖像的可解譯性和可靠性進(jìn)行提高，研究對象主要是圖像整體數(shù)據(jù)集；另一類是對圖像的重要特征進(jìn)行提取和目標(biāo)識別分類工作，研究對象就是圖像特征信息或者目標(biāo)區(qū)域。通過實際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在圖像處理領(lǐng)域最為重要的一部分就是圖像的顯著特征，對測繪多分辨率圖像融合模型的建立主要來自于以下幾個方面：首先，大多數(shù)的多傳感器圖像信息系統(tǒng)主要運用在目標(biāo)檢測、識別、計算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)圖像分析等領(lǐng)域，圖像顯著特征在這些領(lǐng)域當(dāng)中有著十分重要的影響，所以，多傳感器圖像融合系統(tǒng)應(yīng)該對圖像的顯著特征予以足夠的重視，對融合工作有益的特征應(yīng)該保留下來。其次，遙感圖像、醫(yī)學(xué)圖像、光學(xué)圖像三個圖像形式是多傳感器圖像融合的主要對象，各種圖像的特征能夠在這些應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中占據(jù)著主導(dǎo)的地位。最后，從多傳感器圖像融合系統(tǒng)實際應(yīng)用中來看，在提高圖像信息量、增強(qiáng)圖像視覺效果等方面起到了一定的促進(jìn)作用，所以，對圖像特征進(jìn)行獲取、結(jié)合實際情況對目標(biāo)進(jìn)行加強(qiáng)等方面圖像融合方法研究工作是十分必要的[7,8]。

3.2 遙感測繪圖像融合的實際工程應(yīng)用分析

第一，在森林資源調(diào)查中的應(yīng)用。在我國林業(yè)資源管理調(diào)查過程當(dāng)中，圖像融合能夠發(fā)揮出良好效果的關(guān)鍵取決于遙感信息具有宏觀、快速等特點，相關(guān)的林業(yè)資源管理人員能夠通過遙感測繪圖像融合技術(shù)對林內(nèi)的多種資源進(jìn)行有效的管理和監(jiān)測，為我國有關(guān)部門對該地區(qū)資源的變化情況有了一個明確的了解。在我國航天遙感技術(shù)不斷發(fā)展的今天，利用航天技術(shù)對國家的森林資源進(jìn)行調(diào)查能夠?qū)⒄{(diào)查工作的精度進(jìn)行提高，而且還可以對調(diào)查的成本進(jìn)行降低，勞動強(qiáng)度也會得到一定程度的改善。為了能夠讓遙感圖像技術(shù)在森林調(diào)查工作當(dāng)中發(fā)揮出良好的效果，相關(guān)工作人員應(yīng)該在這之前進(jìn)行有效的圖像處理工作，森林資源判斷和目視解譯的質(zhì)量與遙感圖像處理質(zhì)量的好壞有著直接的影響，在森林資源調(diào)查的前期處理工作當(dāng)中就會廣泛的應(yīng)用到遙感圖像融合技術(shù)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，我國在兩年時間內(nèi)運用遙感測繪圖像融合技術(shù)便能將三北防護(hù)林的總面積、森林與草地等可再生資源的占地面積調(diào)查清楚，進(jìn)而給國內(nèi)的城市規(guī)劃提供了可靠的數(shù)據(jù)參考。這幾年，國家的航天遙感技術(shù)發(fā)展迅速，例如，在2000年建成的北斗一號系統(tǒng)能夠?qū)ξ覈鴮嵤┤轿粚?dǎo)航與測繪；在2012年建成的北斗二號系統(tǒng)，大大增加了其測繪范圍，能夠給亞太地區(qū)提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航與測繪服務(wù)。

第二，在石油勘探中的應(yīng)用。在我國的石油勘探領(lǐng)域當(dāng)中，石油需求量不斷增加，石油勘探難度不斷加大，傳統(tǒng)的勘探技術(shù)已經(jīng)不能達(dá)到實際發(fā)展的需求，因此信息融合技術(shù)受到了廣泛的應(yīng)用，科學(xué)家對石油勘探領(lǐng)域當(dāng)中容易遇見的問題進(jìn)行了充分的分析，根據(jù)實際的情況對圖像融合技術(shù)進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和完善，這樣不僅能夠?qū)D像融合技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行大幅度的提高，而且還能夠?qū)ξ覈氖涂碧焦ぷ鞯恼＿M(jìn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

第三，在艦船檢測中的應(yīng)用。在世界各個海岸地帶的國家都將艦船的檢測和監(jiān)視作為發(fā)展過程當(dāng)中的重要工作，雖然很多算法是在單源傳感器的基礎(chǔ)之上建立起來的，不過具有單源傳感器的艦船只有在目標(biāo)信息缺失的情況下才可以對目標(biāo)進(jìn)行識別工作，這樣就會導(dǎo)致艦船接受到的目標(biāo)信息缺乏一定的真實性，再加上遇到海浪和糟糕天氣的影響，就會導(dǎo)致漏檢情況出現(xiàn)的概率大大增加。所以，對圖像融合技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用能夠讓檢測效率得到大幅度的提高，艦船的檢測和監(jiān)視工作也因此可以正常進(jìn)行。

4 結(jié)論

遙感測繪圖像融合技術(shù)對于我國各領(lǐng)域的發(fā)展來說有著十分重要的影響，為了能夠讓該技術(shù)的效果可以在實際的運用過程當(dāng)中充分的發(fā)揮出來，相關(guān)企業(yè)和單位首先要結(jié)合實際的情況進(jìn)行分析，根據(jù)不同的情況而采用不同的遙感測繪圖像融合技術(shù)，并且在運用的過程當(dāng)中還要對其進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，對企業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。