Классические и новые методы повышения разрешения мультиспектральных изображений: различия между версиями
Nadiopt (обсуждение | вклад) (добавлен абзац (поправить последнее предложение)) |
Nadiopt (обсуждение | вклад) (добавлен абзац) |
||
| Строка 4: | Строка 4: | ||
Существует целый ряд спутников ДЗЗ, дающих как панхроматические, так и спектрозональные изображения. Для увеличения пространственного разрешения мультиспектральных изображений при одновременном сохранении спектральной информации используется паншарпенинг (pansharpening ) - техника слияния изображений на уровне пикселя. В этой статье мы приводим обзор методов паншарпенинга, предложенных в литературе, даем их классификацию и описание основных характеристик. Также в работе проводится анализ и оценка качества изображения, прошедшего паншарпенинг, как визуальная, так и количественная, и рассматриваются различные показатели качества, предложенные для этой цели.<br /> | Существует целый ряд спутников ДЗЗ, дающих как панхроматические, так и спектрозональные изображения. Для увеличения пространственного разрешения мультиспектральных изображений при одновременном сохранении спектральной информации используется паншарпенинг (pansharpening ) - техника слияния изображений на уровне пикселя. В этой статье мы приводим обзор методов паншарпенинга, предложенных в литературе, даем их классификацию и описание основных характеристик. Также в работе проводится анализ и оценка качества изображения, прошедшего паншарпенинг, как визуальная, так и количественная, и рассматриваются различные показатели качества, предложенные для этой цели.<br /> | ||
= Предварительная обработка изображений = | = Предварительная обработка изображений = | ||
После того, как данные прошли стандартную обработку (об уровнях обработки изображений см. на сайтах поставщиков снимков), изображения необходимо предварительно обработать для проведения собственно алгоритма паншарпенинга. Эта предварительная обработка может включать в себя регистрацию, передискретизацию и согласование гистограммы мультиспектральных и панхроматических | После того, как данные прошли стандартную обработку (об уровнях обработки изображений см. на сайтах поставщиков снимков), изображения необходимо предварительно обработать для проведения собственно алгоритма паншарпенинга. Эта предварительная обработка может включать в себя регистрацию, передискретизацию и согласование гистограммы мультиспектральных и панхроматических изображений. Изучим теперь эти процессы в деталях. | ||
<br /> | <br /> | ||
== Корегистрация изображений == | == Корегистрация изображений == | ||
| Строка 19: | Строка 19: | ||
= Классификация методов паншарпенинга = | = Классификация методов паншарпенинга = | ||
После того снимок прошел предварительную обработку, описанную выше, проводится собственно сам паншерпенинг. В литературе описано множество методов, разработанных в течение последних двух десятилетий, и даже приведено большое количество терминов, используемых для обозначения слияния изображений. В 1980 году Вонг и соавторы <ref> ''FH Wong, R Orth'', Registration of SEASAT/LANDSAT composite images to UTM coordinates. Proceedings of the Sixth Canadian Syinposium on Remote Sensing, 161–164 (1980) </ref> предложили метод слияния каналов Landsat MSS и радарного снимка Seasat. Метод основывался на модуляции интенсивности каждого пикселя каналов MSS со значением соответствующего пикселя изображения радарного снимка и поэтому так и был назван - слияние изображений методом ''модуляции интенсивности (IM)''. Другие ученые оценивали | После того снимок прошел предварительную обработку, описанную выше, проводится собственно сам паншерпенинг. В литературе описано множество методов, разработанных в течение последних двух десятилетий, и даже приведено большое количество терминов, используемых для обозначения слияния изображений. В 1980 году Вонг и соавторы <ref> ''FH Wong, R Orth'', Registration of SEASAT/LANDSAT composite images to UTM coordinates. Proceedings of the Sixth Canadian Syinposium on Remote Sensing, 161–164 (1980) </ref> предложили метод слияния каналов Landsat MSS и радарного снимка Seasat. Метод основывался на модуляции интенсивности каждого пикселя каналов MSS со значением соответствующего пикселя изображения радарного снимка и поэтому так и был назван - слияние изображений методом ''модуляции интенсивности (IM)''. Другие ученые оценивали методы паншарпенинга изображений с разных сенсоров с точки зрения корегистрации <ref> ''P Rebillard, PT Nguyen'', An exploration of co-registered SIR-A, SEASAT and Landsat images. Proceeidngs International Symposium on RS of Environment, RS for Exploration Geology, 109–118 (1982)</ref>, повышения разрешения <ref>''R Simard'', Improved spatial and altimetric information from SPOT composite imagery. Proceedings International Symposium of Photogrammetry and Remote Sensing), 434–440 (1982)</ref> или совместного анализа данных <ref> ''EP Crist'', Comparison of coincident Landsat-4 MSS and TM data over an agricultural region. Proceedings of the 50th Annual Meeting ASP-ACSM Symposium, ASPRS, 508–517 (1984)</ref>. | ||
= Примечания = | = Примечания = | ||
<references> | <references> | ||
Версия от 09:49, 3 августа 2013
данная страница являет собой сокращенный перевод статьи A survey of classical methods and new trends in pansharpening of multispectral images.Авторы Israa Amro, Javier Mateos, Miguel Vega, Rafael Molina и Aggelos K Katsaggelos
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Существует целый ряд спутников ДЗЗ, дающих как панхроматические, так и спектрозональные изображения. Для увеличения пространственного разрешения мультиспектральных изображений при одновременном сохранении спектральной информации используется паншарпенинг (pansharpening ) - техника слияния изображений на уровне пикселя. В этой статье мы приводим обзор методов паншарпенинга, предложенных в литературе, даем их классификацию и описание основных характеристик. Также в работе проводится анализ и оценка качества изображения, прошедшего паншарпенинг, как визуальная, так и количественная, и рассматриваются различные показатели качества, предложенные для этой цели.
Предварительная обработка изображений
После того, как данные прошли стандартную обработку (об уровнях обработки изображений см. на сайтах поставщиков снимков), изображения необходимо предварительно обработать для проведения собственно алгоритма паншарпенинга. Эта предварительная обработка может включать в себя регистрацию, передискретизацию и согласование гистограммы мультиспектральных и панхроматических изображений. Изучим теперь эти процессы в деталях.
Корегистрация изображений
Для решения большинства прикладных задач на один и тот же географический регион требуется совместная обработка двух или более сцен, полученных в разное время или с различных сенсоров. В данном случае роль регистрации изображений состоит в том, чтобы пиксели обоих изображений точно совпадали с соответствующими точками на земле, [1]. Два изображения могут быть взаимно корегистрированы путем привязки каждого из них по координатам наземных точек (или точек, взятых с карты), или же одно из изображений выбирается в качестве главного, к которому привязываются другие [2]. В связи с различными аппаратными характеристиками, проблема корегистрации снимков с различных сенсоров является более сложной, чем корегистрация изображений одного и того же сенсора [3]. Здесь можно столкнуться с такими проблемами, как присутствие на одном из изображений объектов, которые могут только частично появиться на другом изображении или не появляются вообще. Изменение контрастности некоторых областей изображения, множество значений интенсивности одного снимка, которые должны быть отображены одним значением интенсивности на другом снимке или значительная разнородность изображений одной и той же сцены, полученная в результате конфигураций с различным параметрами - также проблемы, решаемые различными методами корегистрации . Существует множество методов корегистрации изображений. Их можно разделить на две категории: зональные методы и объектные методы. Зональные методы, которые не ищут на изображениях одинаковые объекты, включают методы Фурье, методы кросс-корреляции и методы взаимной информации [4]. С серого уровня значений изображения могут быть совершенно разными, и из-за того, что для любых двух различных изображений ни корреляции, ни взаимная информация не является максимальной, если изображения пространственно выровнены, - зональные методы плохо приспособлены к корегистрации мультисенсорных изображений [3]. Объектные методы призваны находить одинаковые объекты на двух изображениях, и они, как показано в литературе, больше подходят для этой задачи. К методам этой категории относятся методы, использующие пространственные отношения, основанные на инвариантных дескрипторах, смягчении (?) и пирамидальных и вейвлет-разложениях изображения [4].
Увеличение частоты дискретизации изображения и интерполяция
Если зарегистрированный снимок является слишком грубым и не обладает требуемым разрешением, увеличение частоты дискретизации может быть необходимым для получения более высокого разрешения. Процесс дискретизации может включать в себя интерполяцию, которая, как правило, выполняется посредством свертки изображения с интерполяцией ядра (?) [5] Методы интерполяции [6] включают метод ближайшего соседа, который рассматривает только ближайший к точке интерполяции пиксель (требует наименьшего времени обработки), метод билинейной интерполяции, который создает в целевом изображении новый пиксель как средневзвешенный из четырех ближайших соседних пикселов изображения-источника, и интерполяция со сглаживающим фильтром, которая создает пиксель как средневзвешенное пикселей, содержащихся в области, оказавшейся под фильтром. Этот процесс формирует изображения с плавными переходами в сером уровне, тогда как интерполяция с фильтром резкости усиливает детали, которые были размыты, и выделяет мелкие детали. Тем не менее, усиливающие фильтры производят нежелательное сглаживание в выходном изображении, которого можно избежать путем применением интерполяции с нерезким маскированием, которая вычитает размытую версию изображения из исходного изображения. Авторы работы [6] делают вывод, что только билинейная интерполяция, интерполяция со сглаживающим фильтром и интерполяция с нерезким маскированием имеют потенциал для обработки данных дистанционного зондирования. Следует отметить, что интерполяция не приводит к увеличению подробности информации в изображении, но это необходимо для приведение в соответствие количества пикселей изображений с разным пространственным разрешением.
Согласование гистограммы
Некоторые алгоритмы паншарпенинга требуют, чтобы спектральная яркость панхроматического изображения соответствовала каждому из диапазонов мультиспектрального снимка или совпадала с преобразованным на основе мультиспектрального снимка изображением. К сожалению, это не всегда так [2], и такие методы склонны к спектральным искажениям. Приведение в соответствие гистограмм панхроматических и мультиспектральных изображений позволяет свести к минимуму несовпадение яркости во время панашрпенинга и уменьшить спектральные искажения результирующего изображения. Методы,применяемые для согласования гистограмм изображений ДЗЗ описаны, например, в [7]. Методика, описанная в этой работе, минимизирует изменение спектральной яркости результирующего изображения (HRMS) относительно исходного мультиспектрального изображения с более низким разрешением (LRMS). Этот метод рассчитывает значение каждого пикселя (I, J), как
StretchedPAN(i,j)=((PAN(i,j)−μPAN))*σb/σPAN+μb
где μPAN и μb - средние значения гистограммы (?) панхроматического снимка и каждого канала мультиспектрального снимка, а и σPAN и σb - стандартные отклонения гистограммы (?) панхроматического снимка и каждого канала мультиспектрального снимка
В результате работы этого метода среднее значение и стандартное отклонение панхроматического изображения и каждого канала мультиспектрального изображения оказывается в одном и том же диапазоне, что позволяет снизить хроматическую разность между двумя изображениями.
Классификация методов паншарпенинга
После того снимок прошел предварительную обработку, описанную выше, проводится собственно сам паншерпенинг. В литературе описано множество методов, разработанных в течение последних двух десятилетий, и даже приведено большое количество терминов, используемых для обозначения слияния изображений. В 1980 году Вонг и соавторы [8] предложили метод слияния каналов Landsat MSS и радарного снимка Seasat. Метод основывался на модуляции интенсивности каждого пикселя каналов MSS со значением соответствующего пикселя изображения радарного снимка и поэтому так и был назван - слияние изображений методом модуляции интенсивности (IM). Другие ученые оценивали методы паншарпенинга изображений с разных сенсоров с точки зрения корегистрации [9], повышения разрешения [10] или совместного анализа данных [11].
Примечания
<references> RA Schowengerdt, Remote Sensing: Models and Methods for Image Processing, 3rd edn. (Orlando, FL: Academic, 1997) JA Richards, X Jia, Remote Sensing Digital Image Analysis: An Introduction, 4th edn. (Secaucus, NJ, USA: Springer-Verlag New York, Inc, 2005) Y Yang, X Gao, Remote sensing image registration via active contour model. Int J Electron Commun 63, 227–234 (2009)
- ↑ RA Schowengerdt, Remote Sensing: Models and Methods for Image Processing, 3rd edn. (Orlando, FL: Academic, 1997)
- ↑ 2,0 2,1 JA Richards, X Jia, Remote Sensing Digital Image Analysis: An Introduction, 4th edn. (Secaucus, NJ, USA: Springer-Verlag New York, Inc, 2005)
- ↑ 3,0 3,1 Y Yang, X Gao, Remote sensing image registration via active contour model. Int J Electron Commun 63, 227–234 (2009)
- ↑ 4,0 4,1 B Zitova, J Flusser, Image registration methods: A survey. Image and Vision Computing 21, 977–1000 (2003).
- ↑ RC Gonzalez, RE Woods, Digital image processing, 3rd edn. (Prentice Hall, 2008).
- ↑ 6,0 6,1 KK Teoh, H Ibrahim, SK Bejo, Investigation on several basic interpolation methods for the use in remote sensing application. Proceedings of the 2008 IEEE Conference on Innovative Technologies (2008)
- ↑ W Dou, Y Chen , An improved IHS image fusion method with high spectral fidelity. The Int Archiv of the Photogramm, Rem Sensing and Spat Inform Sciences XXXVII, 1253–1256 (2008) (part, 2008), . B7
- ↑ FH Wong, R Orth, Registration of SEASAT/LANDSAT composite images to UTM coordinates. Proceedings of the Sixth Canadian Syinposium on Remote Sensing, 161–164 (1980)
- ↑ P Rebillard, PT Nguyen, An exploration of co-registered SIR-A, SEASAT and Landsat images. Proceeidngs International Symposium on RS of Environment, RS for Exploration Geology, 109–118 (1982)
- ↑ R Simard, Improved spatial and altimetric information from SPOT composite imagery. Proceedings International Symposium of Photogrammetry and Remote Sensing), 434–440 (1982)
- ↑ EP Crist, Comparison of coincident Landsat-4 MSS and TM data over an agricultural region. Proceedings of the 50th Annual Meeting ASP-ACSM Symposium, ASPRS, 508–517 (1984)