Πολλαπλών κλιμάκων συγχώνευση (MTF-tailored) σε πολλαπλής ανάλυσης και πανχρωματικές εικόνες υψηλής ανάλυσης

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 16:17, 26 Φεβρουαρίου 2011

MTF-tailored πολλαπλών κλιμάκων συγχώνευση σε πολλαπλής ανάλυσης και πανχρωματικές εικόνες υψηλής ανάλυσης.
Πρωτότυπος τίτλος : MTF-tailored Multiscale Fusion of High-resolution MS and Pan Imagery

Πηγή : B. Aiazzi, L. Alparone, S. Baronti, A. Garzelli, and M. Selva, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing Vol. 72, No. 5, May 2006, pp. 591–596 [3]

Περίληψη

Εδώ παρουσιάζεται ένα πλαίσιο πολλαπλής ανάλυσης για τη συγχώνευση μιας πολυφασματικής εικόνας με αυθαίρετο αριθμό καναλιών με μία υψηλότερης ανάλυσης παγχρωματική παρατήρηση. Η μέθοδος συγχώνευσης στηρίζεται στη γενική πυραμίδα Laplacian (GLP) [4], η οποία είναι μια πολλαπλής κλίμακας κατασκευή. Ο στόχος είναι να εκτελεστεί επιλεκτικά η έγχυση των χωρικών συχνοτήτων από μία εικόνα σε μία άλλη με τον περιορισμό της λεπτομερούς διατήρησης των φασματικών πληροφοριών των χονδροειδών στοιχείων. Η νέα ιδέα είναι ότι ένα πρότυπο των λειτουργιών μεταφοράς διαμόρφωσης (MTF) [5]του πολυφασματικού ανιχνευτή αξιοποιείται για να σχεδιάσει το φίλτρο μείωσης GLP. Κατά συνέπεια το interband structure model (IBSM) [6], το οποίο υπολογίζεται στη πιο χονδροειδή κλίμακα, όπου και τα πολλαπλής κλίμακας και παγχρωματικά δεδομένα είναι διαθέσιμα, μπορεί να επεκταθεί στη λεπτότερη κλίμακα χωρίς το μειονέκτημα της μικρής αύξησης που εμφανίζεται όταν MTFs ήταν ιδανικά φίλτρα. Τα πειράματα που πραγματοποιούνται από δεδομένα Quickbird δείχνουν ότι μια ανώτερη χωρική αύξηση, εκτός από τη φασματική ποιότητα χαρακτηριστική των μεθόδων συγχώνευσης, επιτυγχάνεται με τη βοήθεια της MTF ρυθμισμένης συγχώνευσης.
Περιοχή μελέτης

Η προτεινόμενη διαδικασία συγχώνευσης έχει εφαρμοστεί σε εικόνα πολύ υψηλής ανάλυσης που αποκτήθηκε στις 23 Ιουνίου 2002 στις 10:25:59 GMT +2 από δορυφόρο Quickbird στην περιοχή Pavia της Ιταλίας [7]. Τα 4 MS κανάλια ονομαζόμενα, B1, B2, B3, B4, συνδέουν τα εμφανή και κοντινά-υπέρυθρα μήκη κύματος και είναι φασματικά μη-συνδυασμένα. . Το παγχρωματικό κανάλι περιλαμβάνει το διάστημα 450-900 nm. Όλα τα δεδομένα δοκιμάζουν τις επίγειες ομοιόμορφες αναλύσεις των 2.8m και 0.7m GSD για τα MS και PAN. Τα MS και PAN δεδομένα είναι χωρικά υποβιβασμένα από 4 υποχωρώντας στα 2.8m για τις PAN και 11,2m για τις MS, και χρησιμοποιούνται για να συνθέσουν τα κανάλια MS των2.8m.
Μεθοδολογία

Όπως γνωρίζουμε, η προσομοίωση στα δεδομένα του χωρικού υποβιβασμού στοχεύει στην προσαρμογή του αλγορίθμου συγχώνευσης με τρόπο τέτοιο ώστε μόλις ληφθεί το καλύτερο αντικειμενικό ακριβές αποτέλεσμα με τα πρωτότυπα αναφοράς, ο ίδιος αλγόριθμος θα τρέξει στα πραγματικά δεδομένα υψηλής-ανάλυσης και θα παραχθούν τα καλύτερα αποτελέσματα. Παρά την προσπάθεια να αποκτήσουμε τα καλύτερα αποτελέσματα, είναι σημαντικό να μετρήσουμε πόσο πολύ μία μέθοδος συγχώνευσης είναι ικανή να βελτιώσει την ποιότητα του συγχωνευμένου προϊόντος με την προϋπόθεση των ξανά-δοκιμασμένων MS δεδομένων, τα οποία αποτελούν την αφετηρία του. Έτσι, ένα ιδανικό φίλτρο και τα MTF- ταιριάσματος φίλτρα χρησιμοποιήθηκαν για το αρχικό φιλτράρισμα των MT δεδομένων πριν τον αποδεκατισμό. Ο αλγόριθμος συγχώνευσης χρησιμοποιεί μια συμβατική πολυδιακριτή ανάλυση ή multiresolution analysis (MRA). Έπειτα, το φίλτρο μείωσης των GLP, συνδέει το MTF σε κάθε MS κανάλι. Τα παγχρωματικά δεδομένα πάντα υποβιβάζονταν με το ιδανικό φίλτρο. Προκειμένου να αξιολογηθεί εύκολα η ποιοτική αύξηση, είτε με η χωρίς την MTF προσαρμογής του MRA, θα χρησιμοποιηθούν μόνο σφαιρικά αποτελέσματα, όπως ο αλγόριθμος Φασματικής Γωνίας SAM, ERGAS, Q4 [8]. Πραγματοποιήθηκε μια σύγκριση των μεθόδων GLP-based με αυτή των προτύπων έγχυσης ESDM και ECB με δύο μεθόδους: πολλαπλή ανάλυση IHS με προσθετικό πρότυπο βασισμένο σε ATWF, και υψιπερατό φιλτράρισμα για την απόκτηση ιδανικών η MTF-υποβιβασμένα MS κανάλια. Παρά τη τυπική διαφορά ( AWF χειρίζεται στην περιοχή HPF, ενώ το HPF στην φασματική περιοχή), η όλη πρακτική διαφορά μεταξύ του HPF και AWL είναι το χαμηλοδιαβατό φίλτρο που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη μιας χαμηλότερης ανάλυσης προσέγγιση. (Για περισσότερες πληροφορίες βλέπε εδώ:http://www.asprs.org/publications/pers/2006journal/may/2006_may_591-596.pdf)

Πίνακας 1 :Μέσοι συσσωρευτικοί ποιοτικοί δείκτες, [1]πηγή

Οι παράμετροι στον Πίνακα1 μετρούν τη σφαιρική παραμόρφωση των διανυσμάτων του pixel, ή με ραδιομετρική, ή με φασματική, ή και με τα δύο φασματική και ραδιομετρική θα δώσει μια περιεκτική μέτρηση της απόδοσης έγχυσης. Το EXP υπογραμμίζει την περίπτωση όπου τα υποβιβασμένα δεδομένα MS είναι resampled μέσα από 23-taps expansion filter of GLP, και δεν συνέβη καμία έγχυση λεπτομερειών. Εξαρτώμενο από το πότε ο υποβιβασμός είναι ιδανικός η MTF-based, η ποιότητα όλων των προϊόντων έγχυσης, περιλαμβανωμένων και των resampled MS καναλιών (EXP)που αλλάζουν σημαντικά, ενώ γίνονται χαμηλότερα στην τελευταία περίπτωση, επειδή η έναρξη των δεδομένων MS είναι φτωχότερη και στο φασματικό και στο γεωμετρικό περιεχόμενο. Μόνο το AWL είναι λίγο αναγκασμένο στην τελευταία περίπτωση, εξαιτίας του MRA που ενσωματώνει το MTF πρότυπο. Το SAM που επιτεύχθηκε από το ECB είναι χαμηλότερο από εκείνο του ESDM, χάρη στις μη αναμειγμένες ικανότητες του former συγκρινόμενου με το τελευταίο. Είναι αξιοσημείωτο ότι οι συγχωνευμένες εικόνες που παρήχθησαν από τις προσαρμοσμένες μεθόδους MTF , επιδεικνύουν μία ποιότητα προσαύξησης with respect to that of resampled MS data, το οποίο είναι καλύτερο από αυτό που σημειώθηκε όταν ο υποβιβασμός είναι ιδανικός και γι αυτό οι μέθοδοι δεν χρειάζονται MTF προσαρμογή.

Εικόνα 1 :Παραδείγματα του πραγματικού μεγέθους χωρικής αύξησης των αλγορίθμων συγχώνευσης που επιδεικνύονται ως 512 x 512 πραγματικής έκθεσης χρωμάτων στο διάστημα 0,7m pixels, [2]πηγή

Η Εικόνα1 επιδεικνύει την σύνθεση φυσικών χρωμάτων του resampled 2,8m καναλιών και τα χωρικά προσαυξημένα κανάλια, όλα των 0,7m. Η απεικόνιση πραγματικών χρωμάτων έχει σκοπίμως επιλεγεί, επειδή η PAN όξυνση των MS καναλιών εμπίπτει εν μέρει εξωτερικά του μήκους καναλιού του παγχρωματικού, όπως στην περίπτωση του μπλέ καναλιού (Β1). Το υψιπερατό φιλτράρισμα HPF αποφέρει μία εικόνα συγχωνευμένη παρόμοια με αυτή του AWL, αν και είναι λίγο λιγότερο ακριβές. Επομένως, το κάθε αποτέλεσμα δεν είναι απεικονισμένο στην εικόνα1. Τα ESDM και ECB πρότυπα εφαρμόζονται στο GLP, επιτυγχάνοντας με ή χωρίς MTF- matched φίλτρα. Ένας οπτικός έλεγχος ότι όλες οι φασματικές υπογραφές των αρχικών δεδομένων MS ενσωματώνονται προσεκτικά στις ζώνες όξυνσης. Χάρη στα δύο πρότυπα εγχύσεων, η υφή των θόλων, τα οποία τονίζονται από την παγχρωματική εικόνα, αλλά συνήθως προέρχεται από το κανάλι near-infrared NIR το οποίο είναι έξω από τα ορατά μήκη κύματος, εμφανίζεται να μετριάζεται στα προϊόντα τήξης ESDM και ECB. To ΑWL , το οποίο υπολογίζει για το MTF στο MRA, είναι γεωμετρικά πλούσιο και λεπτομερές, αλλά υπερ-ενισχυμένο, ειδικά στις περιοχές βλάστησης. Πραγματοποιείται μια οπτική ανάλυση σε ένα μικρό τετράγωνο που περιβάλλεται από δέντρα και αποκαλύπτει ότι οι μέθοδοι που εκμεταλλεύονται MTF-ετικέτες MRA αποφέρουν αιχμηρότερες και καθαρότερες γεωμετρικές δομές από εκείνους που χρησιμοποιούν τα ιδανικά φίλτρα MRA.

Συμπεράσματα

Εδώ, έχει αποδειχθεί ότι οι μέθοδοι συγχώνευσης εικόνων που βασίζονται στο MRA μπορούν να βελτιωθούν αν η συχνότητα ανάλυσης της παγχρωματικής πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ψηφιακά φίλτρα με τις απαντήσεις συχνότητας που ταιριάζουν με ένα πρότυπο του MTF του συστήματος απεικόνισης. Αν και τα συγκεκριμένα παραδείγματα προτύπων έγχυσης έχουν πραγματοποιηθεί, η προτεινόμενη προσέγγιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί με οποιαδήποτε μέθοδο συγχώνευσης, υπό τον όρο ότι το MRA δεν είναι αυστηρά subsampled. Κατά αυτό τον τρόπο, οι μέθοδοι που βελτιστοποιούνται εμπειρικά σε μια μεγαλύτερη κλίμακα, δηλαδή χωρικά υποβιβασμένα δεδομένα των οποίων τα πρότυπα αναφοράς είναι διαθέσιμα για την αξιολόγηση της απόδοσης, είναι ακόμα αποτελεσματικές όταν πραγματοποιείται η συγχώνευση στην πραγματική κλίμακα. Με βάση αυτή τη προοπτική, έχει καθοριστεί ένας βαθμός ελευθερίας για την ποιοτική αξιολόγηση στο πρωτόκολλο Wald. Παρά την αξίωση ότι οι αποδόσεις συγχώνευσης μπορούν αν προκύψουν από μια μεγαλύτερη κλίμακα, στην πραγματική κλίμακα, δεν αναφέρεται ποτέ πιο είδος φίλτρου χρησιμοποιείται για την υποβάθμιση της εικόνας. Τώρα είναι δυνατό να δηλωθεί ότι το φίλτρο πρέπει να ταιριάξει με τη μορφή του αναλογικού φίλτρου μέσω του οποίου η ακτινοβολία μεταβιβάζεται digitizer. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη προσπαθεί να εξηγήσει γιατί ενώ υπάρχουν τόσοι πολλοί αλγόριθμοι συγχώνευσης εικόνας, χρησιμοποιούνται τόσοι λίγοι. Σαν παράδειγμα, υπενθυμίζεται ότι στη φασματική μέθοδο όξυνσης Gram-Schmidt, που εφαρμόζεται στην ENVI, η οποία δεν εκμεταλλεύεται το MRA , αλλά ένα είδος ορθογώνιας συστατικής αντικατάστασης reminiscent της PC αντικατάστασης.