基于Contourlet和HIS变换相结合的影像融合方法

王乐,魏斌,牛雪峰

基于Contourlet和HIS变换相结合的影像融合方法

王乐1,魏斌1,牛雪峰2

1. 吉林交通职业技术学院, 吉林 长春 130021 2. 吉林大学, 吉林 长春 130026

HIS变换融合获得的影像光谱畸变比较严重，而Contourlet变换可以有效地捕获二位空间实体信息。特别在影像的表示中，较容易的描述影像中的轮廓和纹理信息。在此基础上，提出了一种基于Contourlet和HIS变换相结合的融合法。与传统方法分析比较，该方法能有效地提高融合质量，获得更好的视觉融合效果。

Contourlet变换; HIS变换; 影像融合

随着社会的发展，遥感技术的应用为人类的生活提供了更多的便利。可以将多传感器影像信息互补的结合起来，对于影像分析、特征提取、影像融合等具有非常重要的作用，而这项技术无疑需要进一步的精确推断。目前，大多数的融合研究都集中在像素级融合上，其包括HIS变换、Contourlet变换等。然而这些方法都各自具有优缺点，HIS变换得到的影像失真度比较明显，导致光谱退变。而Contourlet变换则可以准确捕获影像中的大量边缘信息。本文利用Contourlet变换的这一优点，提出一种基于Contourlet与HIS变换相结合的融合方法。通过实验分析表明该方法具有较好的融合效果，它可以提取全色影像的空间细节信息，进而获得高质量的融合影像。

1 Contourlet变换和HIS变换

1.1 Contourlet变换

Contourlet变换是由多诺霍和维特特里在2002年提出的一种多尺度分析方法[1]。它克服了小波变换的一些缺点，例如在二维空间上不能有效地捕捉线性空间实体说明。因其能够有效捕获影像信息构造，所以又被称为塔形方向滤波器组(PDFB)分解。利用两个通道滤波器进行图像处理[2]：（1）对输入的影像进行LP分解，LP分解主要包括[3]：低通滤波、降采样、内插放大和带通滤波4个步骤；（2）对分解后得到的高频方向滤波器组进行方向分析。

1.2 HIS变换

HIS变换是较强的空间变换，在影像融合领域中比较常见，采用视觉上进行色彩空间转换的融合方法。其转换公式如下[4]：

这种方法可以增强影像的色彩,融合的具体过程如下：首先，对原始影像进行影像配准并重新采样，以获得相同的空间分辨率。将多光谱图像中的波段值从RGB变换到HIS空间，得到H、I、S三个分量。最后，为了使线性拉伸后的高分辨率影像中的明度分量具有相同的均值和方差[5]。分别用明度分量取代高分辨率全色波段，逆变换拉伸得到的色度分量和饱和度分量以其得到融合影像。在进行融合时需要考虑的一点是，高分辨率影像的高度与明度分量相关联，并且光谱范围与多光谱影像相近[6]。在融合过程中往往会造成一定的色彩失真，因此，常与其他方法融合结合使用[7-9]

1.3 Contourlet和HIS变换相结合

考虑到HIS变换融合所得的影像光谱畸变严重，而Contourlet变换可以有效的捕捉影像表述上的二维空间实体特征，影像中的轮廓和纹理信息易于描述[4]。为了弥补这两种方法的不足，充分利用这两种融合方法的优点，本文将这两种融合方法结合起来，提出了一种基于Contourlet_HIS变换。对各个影像进行Contourlet解析，产生高频分量和低频分量[10]。对产生很好的融合效果[11]（见图1）。

图 1 基于Contourlet+HIS方法融合流程图

2 结果与分析

2.1 实验结果

本论文采取两组遥感影像数据进行融合来验证融合算法的效果性。实例验证中，第一组影像选取2001年襄樊市分辨率为30 m的TM影像和10 m SPOT(全色波段)。基于研究需要，截取其中的348*313像素子块构成具体研究区域。（如图2所示）。本论文实现了MATLAB7.0系统中遥感影像混合方法。在Matlab平台下对两组遥感影像数据进行混合编程，得到融合后遥感影像（见图2）。

图 2 遥感数据影像图

2.2 实验分析

从主观定性分析，这三种方法得到的融合影像在色彩上变化比较大，得到的影像清晰，可分辨性强。而H_C融合法(即Contourlet变换和HIS变换相结合的融合方法)是最佳融合法，在图像轮廓清晰度和色彩上均优于其他两种方法，使一些地物变得更加清晰。

为了充分验证本文方法优于其他方法，还从客观定量地分析与比较。这里分别从信息熵、平均梯度、偏差度和相关系数等指标来对三种方法融合后的影像进行评价。从表1中的精度分析表可以看出，本文提出的H_C融合法在信息熵和平均梯度方面均优于小波融合和HIS融合方法[12]。本文方法能使融合图像信息丰富，纹理清晰。从偏差度来看，H_C和HIS融合法偏差度最小。而H_C融合法相关系数最大，说明融合影像的光谱信息改变的程度比较小。与主观评价相结合，说明H_C混合融合法是最优融合法。

表 1 实验区数据精度分析

3 结论

该论文在总结分析前人研究成果的基础上，采用两组遥感影像数据，在传统融合方法原理的基础上，深入研究了基于H_C混合融合法。该方法利用SPOT全色影像和TM多光谱影像，通过Matlab平台实现该种融合法。获得的影像在色彩上与多光谱影像相似，能将高分辨率影像的空间信息融合到影像中，不仅提高了融合影像空间分辨率，又能减少光谱扭曲，保持更多地光谱信[13]。

随着科学技术的发展和进步，遥感影像融合技术将日臻完善，其应用将会更加广泛。本文对遥感影像融合技术的研究做了有益的尝试。由于时间有限，本论文还存有许多不足之处有待日后改进。

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A Method that Images were Treated by the Combination of Contourlet and HIS Transforms

WANG Le1, WEI Bin1, NIU Xue-feng2

1.130021,2.130026,

HIS transform fusion generated image whose spectrum was distorted seriously, while Contourlet transform could effectively capture entity’s characteristics in two-dimensional space, easily describing contour and grain information in image. On this basis, an image fusion method based on combination of Contourlet and HIS transform was presented. Compared to traditional method, the method can effectively improve the fusion quality and obtain better visual fusion effect.

Contourlet transform; HIS transform; image fusion

TP751

A

1000-2324(2020)03-0507-03

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.023

2018-10-05

2019-02-07

王乐(1986-),女,硕士研究生,主要从事摄影测量与遥感工作. E-mail:515655482@qq.com