Image Fusion in Remote Sensing and Quality Evaluation of Fused Images

Abstract

In remote sensing, acquired optical images of high spectral resolution have usually a lower spatial resolution than images of lower spectral resolution. This is due to physical, cost and complexity constraints. To make the most of the available imagery, many image fusion techniques have been developed to address this problem. Image fusion is an ill-posed inverse problem where an image of low spatial resolution and high spectral resolution is enhanced in spatial-resolution by using an auxiliary image of high spatial resolution and low spectral resolution. It is assumed that both images display the same scene and are properly co-registered. Thus, the problem is essentially to transfer details from the higher spatial resolution auxiliary image to the upscaled lower resolution image in a manner that minimizes the spatial and spectral distortion of the fused image. The most common image fusion problem is pansharpening, where a multispectral (MS) image is enhanced using wide-band panchromatic (PAN) image. A similar problem is the enhancement of a hyperspectral (HS) image by either a PAN image or an MS image. As there is no reference image available, the reliable quantitative evaluation of the quality of the fused image is a difficult problem. This thesis addresses the image fusion problem in three different ways and also addresses the problem of quantitative quality evaluation.

Í fjarkönnun hafa myndir með háa rófsupplausn lægri rúmupplausn en myndir með lægri rófsupplausn vegna eðlisfræðilegra og kostnaðarlegra takmarkana. Til að auka upplýsingamagn slíkra mynda hafa verið þróaðar fjölmargar sambræðsluaðferðir á síðustu tveimur áratugum. Myndsambræðsla er illa framsett andhverft vandmál (e. inverse problem) þar sem rúmupplausn myndar af hárri rófsupplausn er aukin með því að nota upplýsingar frá mynd af hárri rúmupplausn og lægri rófsupplausn. Það er gert ráð fyrir að báðar myndir sýni nákvæmlega sama landsvæði. Þannig er vandamálið í eðli sínu að flytja fíngerða eiginleika myndar af hærri rúmupplausn yfir á mynd af lægri rúmupplausn sem hefur verið brúuð upp í stærð hinnar myndarinnar, án þess að skerða gæði rófsupplýsinga upphaflegu myndarinnar. Algengasta myndbræðsluvandamálið í fjarkönnun er svokölluð panskerpun (e. pansharpening) þar sem fjölrásamynd (e. multispectral image) er endurbætt í rúmi með svokallaðri víðbandsmynd (e. panchromatic image) sem hefur aðeins eina rás af hárri upplausn. Annað svipað vandamál er sambræðsla háfjölrásamyndar (e. hyperspectral image) og annaðhvort fjölrásamyndar eða víðbandsmyndar. Þar sem myndsambræðsla er andhverft vandmál er engin háupplausnar samanburðarmynd tiltæk, sem gerir mat á gæðum sambræddu myndarinnar að erfiðu vandamáli. Í þessari ritgerð eru kynntar þrjár aðferðir sem taka á myndsambræðlsu og einnig er fjallað um mat á gæðum sambræddra mynda, þá sérstaklega panskerptra mynda.