多源图像融合与应用

　　全书共有9 章。第1 章介绍了图像融合的定义、发展历史、研究现状和分类，让读者对图像融合有一个直观的认识。第2 章从研究背景与意义、研究现状、评价体系三个角度讲述了遥感图像融合的基础知识。第3～8 章系统地介绍了各种图像融合方法。第9 章结合图像融合的具体应用实例，介绍了图像融合的应用，并且对未来的发展进行了展望。本书可作为高等院校高年级本科生、研究生学习图像融合技术的教材和教学参考书，也可作为从事图像融合研究和应用的科技人员的参考书。

　　方发明，博士，华东师范大学计算机科学与技术学院视觉与机器智能研究所副所长、教授、博士生导师，上海市"启明星计划”获得者，"晨光学者”。2013年6月于华东师范大学计算机系获工学博士学位。主要研究方向为机器学习、图像处理。围绕遥感/医学图像恢复、增强、识别、以及三维重建等展开理论和应用研究。工作受到国家自然科学基金重点、面上、NSFC-RGC、上海市"启明星计划”、"晨光计划”、上海市自然科学基金等8项纵向基金支持；并主持多项企事业单位联合项目。相关成果发表在国际顶级杂志/会议上（共四十余篇，中科院1区/CCFA 20余篇，发表期刊会议主要包括：IEEE TC、TIP、TNNLS、TMM、TGRS、TVCG、TCSVT、NeurIPS、CVPR、ICCV、ECCV等）。任IEEE TIP、TGRS、TMM、TVCG、CVPR、ICCV、AAAI等多个期刊与会议的审稿人和程序委员。

第1 章走进图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.1 什么是图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 图像融合的发展历史与研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1.3 图像融合分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.1 按融合层次分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.2 按融合图像源分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
第2 章遥感图像融合基础知识. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 遥感图像融合的研究背景与意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1 高分辨率遥感技术的发展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2 遥感卫星图像的特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.3 遥感图像融合的研究意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 全色锐化的主流方法及研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 分量替换（CS）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
2.2.2 多分辨率分析（MRA） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3 模型求解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.4 深度学习. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3 全色锐化评价体系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.1 降分辨率评估. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.2 原分辨率评估. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
第3 章基于金字塔变换的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3.2 常见图像金字塔变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.1 高斯金字塔变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.2 拉普拉斯金字塔变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.3 比率低通金字塔变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.4 对比度金字塔变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.5 梯度金字塔变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3 基于金字塔变换的图像融合方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.1 基于拉普拉斯金字塔变换的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
3.3.2 基于比率低通金字塔变换的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
3.3.3 基于对比度金字塔变换的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
3.3.4 基于梯度金字塔变换的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.1 降分辨率分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4.2 原分辨率分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
第4 章基于小波族的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
4.2 小波变换的基本理论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.1 小波族. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2.2 小波函数与子函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.3 尺度函数与子函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2.4 多分辨率分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.5 信号分解与重构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 基于小波变换的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.1 图像的二维离散小波变换. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3.2 图像融合过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4 小波选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.1 多小波. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.2 轮廓波. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4.3 剪切波. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.5 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5.1 降分辨率分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.2 原分辨率评估分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.6 本章小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
第5 章基于智能优化算法的图像融合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
5.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
5.2 智能优化算法简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.2.1 智能优化算法分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.2.2 进化算法概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.3 基于贝叶斯网络及进化算法的全色锐化融合模型. . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3.1 模型构建. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.3.2 参数优化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.3.3 实验对比与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.4 基于进化算法的IHS 全色锐化融合模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.4.1 IHS 融合模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.4.2 EA-IHS 融合模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.4.3 组合差分进化优化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.4.4 实验对比与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .