数据融合是解决高光谱卫星在时空分辨率等指标上受限的有效途径,探讨不同方法在GF-5高光谱数据上的融合效果,对GF-5高光谱数据的信息挖掘与推广应用有着重要意义.本文本着算法简单易用、适于推广的原则,采用GS(Gram-Schmidt)葛兰—施密特正交变换融合算法、GSA(GS Adaptive)自适应GS融合算法、CNMF(Coupled Non-negative Matrix Factorization)耦合非负矩阵分解融合算法、CRISP-W(Color Resolution Improvement Software Package with Wavelet transform)基于小波变换和 CRISP-B(Color Resolution Improvement Software Package with Butterworth)基于巴特沃斯滤波器的分辨率提升融合算法、GLP(Generalized Laplacian Pyramid)广义拉普拉斯金字塔融合算法共6种融合方法,分别对BJ-2、GF-2、GF-1、GF-1C、GF-1D国产卫星多光谱数据与GF-5高光谱数据进行融合实验.通过目视分析、指标评价(相关系数、通用图像质量指标、峰值信噪比、光谱角、全局综合误差)、分类应用、时间成本4种方式对融合结果进行综合比较分析.结果表明,相融合的一组图像系列相同、空间分辨率相差越小,融合结果越好.CRISP-B、CRISP-W、GLP在提升空间分辨率、光谱保真度方面能达到较好的平衡,空间重建方面,GLP稍优且更稳定,CRISP-B、CRISP-W则在光谱信息保持方面稳定性更强且效果更好.数据源会对融合方法产生一定的影响,在光谱特征信息提取、分析等对光谱保真度要求高的工作中,GLP更适合同源数据(如GF-5与GF-1/1C/1D/2)融合,而在多源数据间(如GF-5与BJ-2)进行融合时,则优先选择CRISP-W.CNMF存在一定程度的色彩畸变,且运行时间较长.GSA、GS融合效果最差,其中,GSA不论是光谱保持能力还是空间分辨率提升能力均较GS更稳定.在小样本高光谱图像分类应用中,CRISP-B融合结果分类效果稳定,分类精度较高.GSA融合结果空间细节丰富,虽光谱失真较为严重,但同时增大了地物光谱分离度,仍适用于准确勾勒建筑物、道路等地物.本研究为GF-5高光谱数据与其他国产卫星多光谱数据融合方法的选择提供参考,有助于高分五号高光谱数据的应用与推广.

高光谱遥感;高分五号;国产卫星;数据融合;融合方法评价

张立福;赵晓阳;孙雪剑;黄海;彭明媛;岑奕;涂宽

中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室,北京100101;中国科学院大学,北京100049;中国科学院月球与深空探测重点实验室,北京100012;中国科学院国家天文台,北京100012;二十一世纪空间技术应用股份有限公司,北京100096

遥感学报

[1]张立福;赵晓阳;孙雪剑;黄海;彭明媛;岑奕;涂宽-.高分五号高光谱数据融合方法比较)[J].遥感学报,2022(04):632-645

CNMF,CRISP,融合方法评价

高分五号,高光谱数据,数据融合方法,方法比较,高光谱卫星,时空分辨率,不同方法,GF,融合效果,信息挖掘,本着,单易,易用,适于,Gram,Schmidt,施密特正交,正交变换,GSA,Adaptive,Coupled,Non,negative,Matrix,Factorization,非负矩阵分解,Color,Resolution,Improvement,Software,Package,Wavelet,transform,于小波,小波变换,Butterworth,巴特沃斯滤波器,GLP,Generalized,Laplacian,Pyramid,拉普拉斯金字塔融合算法,法共,BJ,1C,1D,国产卫星,多光谱数据,过目,目视,指标评价,图像质量,质量指标,峰值信噪比,综合误差,时间成本,空间分辨率,提升空间,保真度,更稳,光谱信息,信息保持,数据源,光谱特征信息,特征信息提取,同源数据,多源数据,优先选择,畸变,运行时间,不论是,提升能力,小样本,高光谱图像分类,分类效果,分类精度,失真,地物光谱,分离度,勾勒,应用与推广,高光谱遥感

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