基于跨尺度相似先验的遥感图像时空融合算法
A Spatiotemporal Fusion Algorithm of Remote Sensing Images Based on Cross-Scale Similarity Prior作者机构：合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000 工业安全与应急技术安徽省重点实验室安徽合肥230000 大数据知识工程教育部重点实验室(合肥工业大学)安徽合肥230000 中国科学技术大学安徽合肥230000
出 版 物：《电子学报》 (Acta Electronica Sinica)
年 卷 期：2024年第52卷第6期
页 面：2037-2052页
核心收录：
学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081002[工学-信号与信息处理]
基 金：国家自然科学基金(No.61872327 No.61175033)
摘 要：遥感卫星图像在空间分辨率和时间分辨率之间权衡导致图像序列的时空矛盾.时空图像融合提供了一个生成高空间分辨率和高时间分辨率图像的解决方案,以满足各种地球观测应用.基于稀疏表示的时空融合算法通过联合训练字典和稀疏编码表示建立高低空间分辨率图像之间的关系,为物候变化、类型变化等各种情况提供了统一的融合框架.然而,多源遥感图像来自于不同的传感器,高低空间分辨率图像之间关系模型暗含有传感器映射关系,导致模型设备依赖.针对该问题,本文提出将多源遥感图像时空融合过程分解为传感器偏差校正和时空融合两个子问题,即设备依赖部分和设备无关部分.传感器偏差校正部分可以作为时空融合预处理模块,提高融合精度,并且使得后续的融合模型更加具有普适性.当高低空间分辨率图像空间分辨率差异较大时,“高低空间分辨率图像稀疏系数一致的假设带来的融合误差非常突出.针对该问题,本文提出基于跨尺度相似先验的遥感图像时空融合算法,利用跨尺度相似块构建稀疏结构先验的正则项,优化稀疏表示的目标函数,并构建中间尺度图像,降低跨尺度相似块的二义性.本文分别使用3组典型场景的实验数据集与其他算法进行对比,实验结果表明,在BOREAS数据集上,与次优的指标相比,本文算法的结构相似度(Structural SIMilarity,SSIM)提高了4.2%,光谱角(Spectral Angle Mapper,SAM)提高了4.6%;在CIA数据集上,与次优的指标相比,本文算法的SSIM提高了2.7%,SAM提高了12.8%;在LGC数据集上,与次优的指标相比,本文算法的SSIM提高了7.1%,SAM提高了16.3%;证明本文算法在空间和光谱特性上表现出优秀的特性.
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