一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法

摘要

本发明提供了一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，首先基于地理位置约束将可见光影像与热红外影像进行匹配；然后对可见光影像与热红外影像进行配准；再进行可见光影像温度信息增强融合，本发明的方法可以同时利用可见光与热红外的信息，可以将热红外信息融入到可见光影像中，使得温度信息增强，改善了融合效果。便于后续的判读与处理，实现地物更精细化分类与识别。

说明书

技术领域

本发明涉及遥感图像处理领域，尤其涉及一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法。

背景技术

随着遥感技术的快速发展，同一卫星平台搭载的成像载荷越来越丰富，除了传统的可见光近红外载荷，也有越来越多的其他类型的载荷搭载在统一平台。尤其是在我们国家高分专项支持下的卫星，例如高分六号除了可见光近红外载荷，还搭载了全谱段宽幅载荷，高分四号除了可见光近红外载荷，还搭载了热红外成像载荷。未来将会有更多搭载可见光近红外载荷以及热成像载荷的卫星发射，拍摄更多的光热复合遥感影像。

可见光近红外载荷全色影像的谱段范围一般在0.45-0.90μm，多光谱影像(MS)中，蓝光(B,Blue)谱段范围为：0.45-0.52μm，绿光(G,Green)谱段范围为：0.52-0.59μm，红光(R,Red)谱段范围为：0.63-0.69μm，近红外(NIR,NearInfreared)谱段范围为：0.76-0.89μm。而热红外的载荷的谱段范围一般指3-5μm的中波红外和8-12μm的长波红外，我们国家的高分四号的热红外载荷的谱段范围即在3.5-4.1μm。

现有技术中，针对可见光与热红外融合方法比较少，主要还是通过传统的SFIM等影像融合方法实现，可以在一定程度上提升分辨率，但是不能充分地同时利用可见光与热红外的信息，因此导致融合效果不佳。

发明内容

本发明提出一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，可以有效地利用光热复合遥感影像，并在可见光中增强温度信息，解决了现有技术中因不能充分地同时利用可见光与热红外的信息而导致的融合效果不佳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，包括：

S1：基于地理位置约束将可见光影像与热红外影像进行匹配，其中，在匹配过程中提取各自的尺度不变特征变换特征点；

S2：基于提取的各自尺度不变特征变换特征点，构建变换模型，并基于构建的变换模型，将热红外影像映射到可见光影像中，对可见光影像与热红外影像进行配准；

S3：将与可见光影像配准后的热红外影像中包含的热红外信息融入到可见光影像中，使可见光影像中温度信息增强。

在一种实施方式中，步骤S1包括：

S1.1：基于地理位置约束计算重叠区，以可见光影像为基础，将热红外影像通过理函数模型映射到可见光影像的像素坐标系中；

S1.2：对可见光影像及热红外影像进行增强，并提取各自的尺度不变特征变换特征点，各自的尺度不变特点变换特征点包括可见光影像的尺度不变特征变换特征点以及热红外影像的尺度不变特点变换特征点；

S1.3：对提取到的各自的尺度不变特征变换特征点进行匹配，得到初始匹配结果；

S1.4：利用随机抽样一致性算法剔除初始匹配结果中的误匹配点，得到最终正确的匹配点。

在一种实施方式中，步骤S2包括：

S2.1：基于提取的各自尺度不变特征变换特征点，构建变换模型：

上式中，(x,y)为可见光影像的像方坐标，(x’,y’)为热红外影像的像方坐标，a

S2.2：基于构建的变换模型，将热红外影像映射到可见光影像中。

在一种实施方式中，步骤S3的融合方式为：将热红外影像作为独立的波段放在多光谱影像之后进行融合。

在一种实施方式中，步骤S3的融合方式为：将热红外影像与可见光影像中的红光波段进行加权融合，公式为：

Band

上式中，Band

在一种实施方式中，步骤S3的融合方式为：将热红外影像与可见光影像中的全色影像进行加权融合，公式为：

Band

上式中，Band

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

本发明提供一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，首先基于地理位置约束将可见光影像与热红外影像进行匹配；然后基于提取的各自尺度不变特征变换特征点，构建变换模型，将热红外影像映射到可见光影像中，对可见光影像与热红外影像进行配准；再将与可见光影像配准后的热红外影像中包含的热红外信息融入到可见光影像中，本发明的方法可以同时利用可见光与热红外的信息，可以将热红外信息融入到可见光影像中，使得温度信息增强，改善了融合效果。便于后续的判读与处理，实现地物更精细化分类与识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法的流程图。

具体实施方式

本申请发明人通过大量的研究与实践发现，由于我国的高分四号热红外载荷的谱段范围在3.5-4.1μm，而不同谱段的光谱响应特性完全不同，尤其是在热红外谱段，其具备对温度信息的探测能力，能够反应地物的温度情况，因此可以利用热红外中的信息。同一平台的不同载荷一般可以同时成像，因此在进行可见光观测的同时即可以观测地物的温度信息，这对地物细分具有重要的意义，例如两个储油罐在光学影像上看上去外观一致，但是满油的储油罐温度要比空的储油罐要高，因此在加入了热红外信息之后，即可区分储油罐是否储油；再例如同样的飞机，刚刚执行完任务或者即将执行任务的飞机尾部温度即比一直停在停机坪的飞机尾部温度要高；再例如有很多不同材质的物体外表看上去一致，但是其温度情况并不一致，在可见光中加入温度信息也有利于识别区分这些物体。在光热复合遥感影像做的可见光中加入温度信息对提升遥感影像的利用率有着明显优势与前景。

现有技术中，针对可见光与热红外融合方法比较少，主要还是通过传统的SFIM等影像融合方法实现，主要在一定程度上提升分辨率，并不能充分地同时利用可见光与热红外的信息。

综上所述，针对新型的光热复合遥感影像，本发明提出了一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，实现光热复合遥感影像中可见光温度信息的增强，便于后续的判读与处理，实现地物更精细化分类与识别。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，包括：

S1：基于地理位置约束将可见光影像与热红外影像进行匹配，其中，在匹配过程中提取各自的尺度不变特征变换特征点；

S2：基于提取的各自尺度不变特征变换特征点，构建变换模型，并基于构建的变换模型，将热红外影像映射到可见光影像中，对可见光影像与热红外影像进行配准；

S3：将与可见光影像配准后的热红外影像中包含的热红外信息融入到可见光影像中，使可见光影像中温度信息增强。

具体来说，为了更有效地利用光热复合遥感影像，在可见光中增强温度信息，本发明提出了一种可见光与热红外融合的温度信息增强方法，步骤S1是基于地理位置约束的可见光与热红外影像匹配，步骤S2是可见光与热红外影像快速配准；S3是可见光影像温度信息增强融合。请参见图1，为可见光与热红外融合的温度信息增强方法的流程图。其中，地理位置约束指同名点的地理位置保持一致，步骤S2中快速配准可以采用有理函数模型来实现，步骤S3中可以采用不同的融合方式。

在一种实施方式中，步骤S1包括：

S1.1：基于地理位置约束计算重叠区，以可见光影像为基础，将热红外影像通过理函数模型映射到可见光影像的像素坐标系中；

S1.2：对可见光影像及热红外影像进行增强，并提取各自的尺度不变特征变换特征点，各自的尺度不变特点变换特征点包括可见光影像的尺度不变特征变换特征点以及热红外影像的尺度不变特点变换特征点；

S1.3：对提取到的各自的尺度不变特征变换特征点进行匹配，得到初始匹配结果；

S1.4：利用随机抽样一致性算法剔除初始匹配结果中的误匹配点，得到最终正确的匹配点。

具体来说，在光热复合遥感成像中，虽然可见光近红外载荷与热红外载荷可以同时成像，但是其分辨率一般差异较大，这给地面几何标定工作带了极大的困难，往往会导致经过地面几何标定的数据仍然存在着一定的偏差，因此需要对其进行修正。本发明采用基于地理位置约束的可见光热红外影像匹配获取同名点，使得同名点的地理位置基本保持一致，为后续配准、融合等工作提供基础。

S1.2中，尺度不变特点变换特征点即SIFT，S1.3中的初始匹配结果包括可见光影像及热红外影像中的初始匹配点，S1.4中最终正确的匹配点即为同名点。

在一种实施方式中，步骤S2包括：

S2.1：基于提取的各自尺度不变特征变换特征点，构建变换模型：

上式中，(x,y)为可见光影像的像方坐标，(x’,y’)为热红外影像的像方坐标，a

S2.2：基于构建的变换模型，将热红外影像映射到可见光影像中。

具体来说，变换模型可采用放射变换、透视变换等，本实施例基于效率与精度考虑采用放射变换模型。这6个未知数可以通过步骤S1.4中得到的同名点(最终正确的匹配点)联立6个方程解算得出。

S2.2的映射过程中可以采用最近邻近重采样、双线性重采样、双三次重采样等，本发明基于效率与精度的考虑采用双线性重采样方法。

在一种实施方式中，步骤S3的融合方式为：将热红外影像作为独立的波段放在多光谱影像之后进行融合。

具体实施过程中，本实施方式将热红外影像作为独立的波段放在多光谱影像之后，进行融合，因为多光谱影像本来即可反应地物的光谱特性，因此，将热红外作为独立的波段放在多光谱当中可以将其替代红光波段，同时蓝光和绿光仍然是高分辨率的影像，可以直观地看出地表温度的情况。

在一种实施方式中，步骤S3的融合方式为：将热红外影像与可见光影像中的红光波段进行加权融合，公式为：

Band

上式中，Band

具体实施过程中，本实施方式将将热红外影像与红光影像(可见光影像中的红光波段)进行加权融合，这样即可将温度较高的地物的红光DN值提升，在最终的融合图像上，温度越高的地物越偏红。当t

在一种实施方式中，步骤S3的融合方式为：将热红外影像与可见光影像中的全色影像进行加权融合，公式为：

Band

上式中，Band

具体实施过程中，本实施方式将热红外影像与可见光中的全色影像进行加权融合，全色影像的分辨率为多光谱影像的4倍，因此，在全色影像中增加温度信息能够更加精细化地对地物进行区分。当t

经过可见光温度信息增强融合，即可将热红外信息添加进可见光影像当中，提升可见光影像的利用效率，能够更加精细化地区分地物，为后续的处理提供有力的支撑。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。