遥感数据融合的进展与前瞻

数据融合是提升遥感影像应用能力的重要手段,一直是遥感信息处理与应用领域的研究热点。本文系统综述了遥感数据融合的进展与前瞻:首先对数据融合的层次与分类进行了总结和归纳,将遥感数据融合划分为同质遥感数据融合、异质遥感数据融合、遥感—站点数据融合、遥感—非观测数据融合4大类;在此基础上,重点针对时—空—谱光学遥感数据的融合,从多视超分辨率融合、多尺度融合、空—谱融合、时—空融合、时—空—谱一体化融合等方面进行了详细阐述;最后总结了遥感数据融合的前瞻研究方向,包括时—空—谱一体化融合的拓展、空天地观测数据的跨尺度融合、传感网环境下的在线融合、面向应用的融合方法等。     

遥感数据融合研究进展与文献定量分析(1992—2018)

近年来,遥感应用的快速发展推动了遥感载荷指标性能的不断提升。但由于遥感传感器的硬件技术瓶颈,遥感数据无法同时具有高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的指标特性。遥感数据融合是解决该问题的有效方法。为了深入了解目前遥感数据融合技术的研究进展情况,本文对国内外1992年—2018年间在该领域有一定影响力的相关成果进行了调研、分析与归纳总结。首先对遥感数据融合相关论文的年发文量、发文国家与机构、发表刊物以及关键词等进行了统计,梳理其发展历史及趋势;系统性的总结了各类数据融合算法,将其分为面向空间维提升的融合算法、面向光谱维提升的融合算法以及面向时间维提升的融合算法3类,并对各类算法的优势与适用性进行了分析;归纳总结了遥感数据融合的质量评价指标,包括有参考影像的融合评价指标以及无参考影像的融合评价指标;最后对遥感数据融合进展进行了总结与展望。     

结合像元分解和STARFM模型的遥感数据融合

高空间、时间分辨率遥感数据在监测地表快速变化方面具有重要的作用。然而,对于特定传感器获取的遥感影像在空间分辨率和时间分辨率上存在不可调和的矛盾,遥感数据时空融合技术是解决这一矛盾的有效方法。本文利用像元分解降尺方法(Downscaling mixed pixel)和STARFM模型(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)相结合的CDSTARFM算法(Combination of Downscaling Mixed Pixel Algorithm and Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)进行遥感数据融合。首先,利用像元分解降尺度方法对参与融合的MODIS数据进行分解降尺度处理;其次,利用分解降尺度的MODIS数据替代STARFM模型中直接重采样的MODIS数据进行数据融合;最后以Landsat 8和MODIS遥感影像数据对该方法进行了实验。结果表明:(1)CDSTARFM算法比STARFM和像元分解降尺度算法具有更高的融合精度;(2)CDSTARFM能够在较小的窗口下获得更高的融合精度,在相同的窗口下其融合精度也高于STARFM;(3)CDSTARFM融合的影像更接近真实影像,消除了像元分解降尺度影像中的"图斑"和STARFM模型融合影像中的"MODIS像元边界"。     

融合Sentinel-2数据的高分五号高光谱数据降尺度

高分五号(GF-5)是中国首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星，其搭载的可见短波红外高光谱相机AHSI提供的遥感数据拥有极高的光谱分辨率。然而，AHSI数据的空间分辨率为30 m，较低的空间分辨率限制了应用场景。为实现GF-5数据的降尺度，本文通过融合10 m哨兵二号(Sentinel-2)多光谱数据，生成10 m GF-5高光谱数据。在方法上，针对现有先进的信息损失引导的图像融合方法ILGIF (Information Loss-Guided Image Fusion)在高光谱图像降尺度中计算时间成本高的问题，本文提出了其快速版本FILGIF (Fast ILGIF)。另一方面，在降尺度过程中，本文考虑并估计了30 m GF-5高光谱数据和10 m Sentinel-2数据之间的尺度转换点扩散函数PSF (Point Spread Function)，提高融合数据质量。实验结果验证了融合Sentinel-2数据用于GF-5高光谱数据降尺度的可行性。同时，结果表明：在获得与ILGIF相当精度的前提下，FILGIF大幅提高了运行效率；尺度转换PSF对降尺度过程有着重要影响，其准...     

ALOS数据像素级融合方法比较研究

遥感数据融合是多源遥感海量数据富集表示的有效途径。如何在提高融合影像空间分辨率的同时最大限度地保持光谱信息是长期以来遥感数据融合研究的焦点内容。本文以ALOS PRISM和ALOS AVNIR-2传感器的数据为数据源,比较研究了遥感领域中常用和代表性的BROVEY、IHS、MULTIPLICATIVE、PCA、WAVELET和HPF六种融合方法,并通过主观评价和定量分析对融合效果进行了综合评价。实验结果表明,HPF方法在显著提高融合影像空间分辨率的同时,有效保持了多光谱影像的光谱信息,是适合ALOS数据的最优融合方法。     

面向非均质区域的空间增强型时空融合模型研究

随着遥感技术的发展,遥感数据日益增加。然而,受传感器限制及云雨天气影响,单一传感器难以获取高时空分辨率的遥感影像,从而在一定程度上影响全球及区域环境变化研究。遥感影像时空融合理论与技术的发展为解决这一问题提供了有效途径。近年来,国内外学者提出了大量的时空融合算法,但对于复杂地表景观区域空间细节的融合仍存在挑战,地表非均质区域时空融合的精度有待提高。为此,本文提出了一种面向非均质区域的空间增强型时空融合模型。首先,基于混合像元分解原理与遥感数据空间特征尺度不变性假设,将低分辨率光谱变化降尺度为高分辨率光谱变化值;然后,基于不同分辨率遥感数据光谱关系的时间不变性假设,获得最终融合影像。试验结果表明,相对于常用融合模型STARFM、FSDAF,本文模型既能有效反映不同地物物候变化信息,同时能更好地保留地表的空间细节,增强了非均质地表覆盖区域融合影像的空间特征与效果;本文模型的均方根误差RMSE、相关系数r及结构相似性指标SSIM平均值分别达到0.024、0.898、0.897,相对于常用融合模型STARFM、FSDAF,RMSE平均值分别降低了6.71%和4.33%,r平均值分别提高了1.9...     

遥感数据尺度特征的研究进展

遥感传感器多样化发展引领了遥感数据空间分辨率和时间分辨率多样化,形成了完善的遥感数据层次体系,为地球表面现象的表达和应用提供了大量的数据源。在不同尺度数据的综合应用过程中,尺度特征凸显重要。本文根据国内外的研究现状对遥感影像尺度特征的研究进行了分析,并对当前研究中面临的问题进行了探索,最后对遥感影像尺度特征将来发展趋势与前景进行了分析和展望。     

基于主成分分析的遥感图像模拟真彩色融合法

对不同空间分辨率、时间分辨率和波谱分辨率的遥感图像进行综合、高效的利用,是遥感应用的关键问题之一。基于主分量变换法,提出了基于主成分分析的模拟真彩色融合法。该方法不仅具有主成分分析融合法的光谱波段选择灵活和光谱信息损失小等优点,同时该方法还可获得逼真的自然色彩的融合图像,提高了图像的融合效果。利用QuickBird全色和多光谱数据进行了试验,并与色彩空间变换法(IHS)、比值变换融合法和乘积变换法等传统方法,在定性和定量两个方面进行了比较分析。结果表明,新方法很好的保留了多光谱影像的光谱信息,提高了空间细节的表现能力,是一种有效实用的遥感图像融合方法。     

基于主成分分析的遥感图像模拟真彩色融合法

对不同空间分辨率、时间分辨率和波谱分辨率的遥感图像进行综合、高效的利用,是遥感应用的关键问题之一.基于主分量变换法,提出了基于主成分分析的模拟真彩色融合法.该方法不仅具有主成分分析融合法的光谱波段选择灵活和光谱信息损失小等优点,同时该方法还可获得逼真的自然色彩的融合图像,提高了图像的融合效果.利用QuickBird全色和多光谱数据进行了试验,并与色彩空间变换法(HIS)、比值变换融合法和乘积变换法等传统方法,在定性和定量两个方面进行了比较分析.结果表明,新方法很好的保留了多光谱影像的光谱信息,提高了空间细节的表现能力,是一种有效实用的遥感图像融合方法.     

融合微波遥感与模型模拟的时空无缝土壤湿度数据生成方法

遥感反演与模型模拟是获取全球土壤湿度数据的两种基本手段,遥感反演可以获得相对较高的空间分辨率,但往往存在时空缝隙;陆面模型能够模拟土壤湿度的时空连续演进,但空间分辨率往往较粗。为此,集成二者的互补优势,提出一种融合微波遥感与模型模拟的全球无缝土壤湿度数据生成方法。具体地,针对SMAP(soil moisture active passive）卫星9 km土壤湿度数据的空缺区域,引入GLDAS Noah 0.25°的模型同化数据,建立二者之间的时空融合模型,通过对模型数据的降尺度实现对遥感数据的填补,进一步基于泊松方程方法进行残差校正,进而生成高精度的9 km日尺度土壤湿度无缝数据。实验结果证明,该方法可以有效结合遥感观测的空间分辨率优势与模型模拟的时空连续优势,提供时空无缝全球土壤湿度数据,更好地满足全球尺度水循环监测与水资源管理的需求。     

高分辨率影像解译理论与应用方法中的一些研究问题

近年来，不断发展的遥感技术使遥感数据呈现出高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间采集频率的特点。卫星图像空间分辨率已经提高到0．6m级，而航空遥感数字影像分辨率高达0．1m以上。光谱分辨率高达3—4nm。不断发展的高分辨率遥感数据能够提高信息提取和监测精度，并拓展遥感数据的应用范围。目前，国外已经加快对高分辨率图像，特别是高空间分辨率影像，在城市环境、精准农业、交通及道路设施、林业测量、军事目标识别和灾害评估中的应用。但是总的情况是自动化程度不高。介绍高空间分辨率影像信息提取、高光谱和偏振影像信息提取、影像数据融合和高分辨率遥感变化探测等方面迫切需要研究的一些科学问题及其意义。建议建立图像知识库，改善数据共享环境，为有志于从事这方面研究的学者提供参考。     

被动微波土壤水分遥感产品空间降尺度研究：方法、进展及挑战

土壤水分不仅在地表水、能量以及碳循环中发挥着非常重要的作用,其时空变化也是影响和反映气候变化的关键因子。虽然被动微波遥感技术是目前监测大尺度范围土壤水分变化最为成熟的技术手段,但是其土壤水分产品空间分辨率往往较低（几十千米不等）,不能满足区域和局地尺度的应用需求。鉴于这一问题,空间降尺度逐渐成为了提高被动微波土壤水分遥感产品空间分辨率的主要方式,也是当前遥感研究领域的热点之一。本文总结与分析了近20多年来国内外被动微波土壤水分遥感产品空间降尺度研究进展,系统归纳了经验性、半经验性和基于物理机理的3大类降尺度方法,并就各方法特征进行了详细说明,概述了各方法的优势和缺点。归纳而言,虽然被动微波土壤水分遥感产品空间降尺度方法众多,但可靠的高分辨率降尺度土壤水分产品仍较少,这与被动微波土壤水分遥感产品、降尺度关系模型方法以及降尺度辅助因子等有着直接的关联。未来相关研究应重点结合多源遥感数据建立适用性强、精度高的降尺度关系模型,进而实现时空无缝的高时空分辨率降尺度土壤水分产品的生产,为推动土壤水分遥感产品在农林业管理、自然灾害监测、水文过程分析等区域应用中提供支持。     

ETWatch中不同尺度蒸散融合方法

高分辨率遥感蒸散数据集的构建受到数据源的限制和云的影响,单一传感器无法达到高时空分辨率覆盖。本文分 析了ETWatch不同尺度遥感蒸散结果的空间特征,通过几种融合方法的比较,分析数据融合前后的数据特征和信息量,将 时空适应性反射率融合模型（STARFM）集成到ETWatch,用于不同尺度遥感蒸散数据的融合,该方法可以很好的结合高 低分辨率数据的空间分布和时间分布信息,在时间上保留了高时间分辨率数据的时间变化趋势,空间上又反映了高空间分 辨率数据的空间细节差异,STARFM融合后的日ET数据与融合前1 km 日ET数据的平均相对误差为1.75%,融合后的月ET 数据与融合前1 km 月ET数据的平均相对误差为0.2%,STARFM适合于不同尺度下遥感ET数据的融合。     

高光谱高空间分辨率遥感观测、处理与应用EI北大核心CSCD

高光谱遥感技术是遥感领域的研究热点之一。然而,由于成像口径与能量等限制因素,难以同时获得高光谱和高空间分辨率的图像,这极大限制了高光谱遥感在精细尺度任务中的应用。近年来,随着高光谱成像技术及无人机为代表的新型观测平台的发展,高光谱高空间(双高,同时具备纳米级光谱分辨率与亚米级空间分辨率)遥感技术发展迅猛,推动了高光谱遥感技术的应用,但同时也带来了更多问题。极高的空间与光谱分辨率使得数据更加海量高维,加剧了高光谱数据的空间异质性和光谱变异性,为影像智能信息处理带来更大的挑战。为此,本文将从双高遥感影像基准数据集、双高遥感影像智能信息处理、双高遥感影像典型应用3个方面论述双高遥感应用与发展现状。     

单样本对卷积神经网络遥感图像时空融合

遥感图像时空融合是一种生成兼具高时空分辨率的合成遥感数据的技术。近年来,产生了一些基于卷积神经网络的时空融合方法。这些方法效果良好,但需要较多的图像样本对训练模型,限制了它们的应用。针对此问题,本文提出了一种单样本对卷积神经网络时空融合方法（SS-CNN）。该方法以高空间分辨率图像的波段平均图像提供的空间信息激励卷积神经网络建立高、低空间分辨率图像间的超分关系,进而利用该超分关系映射求解目标高空间分辨率图像。在实验中使用两个模拟数据集和一个真实数据集对该方法进行了测试,并与两种常用的时空融合方法做了比较。实验结果表明,SS-CNN在单样本对训练的情况下,可以较好地预测地物的物候变化和类型的变化,且在异质性高、地块破碎的区域表现良好。其不足之处在于会在地物边界上会造成轻微的模糊,将来需针对此问题做进一步改进。     

基于小波纹理信息的星载SAR图像与TM图像的数据融合

遥感图像的数据融合是当前遥感界研究的热点问题之一。论述利用小波变换提取合成孔径雷达（SAR）图像的多尺度纹理信息，基于小波纹理信息将SAR图像与TM图像进行融合。选取徐州市南郊风景区的Radarsat卫星SAR图像和TM图像进行试验研究，并与颜色变换法融合图像进行对比分析，结果表明，无论是目视解译还是定量分析，该融合方法与颜色变换法相比，将获得更理想的高空间分辨率多光谱的融合图像。     

耦合MOD16和SMAP的微波土壤湿度降尺度研究

局域尺度上的水文或农业应用亟需较高空间分辨率的土壤湿度(SM)数据,微波土壤湿度空间降尺度是实现这一需求的重要途径.其中“光学/热红外与微波数据融合”的降尺度方法展现出了较大的应用潜力,然而这类方法依赖于遥感地表温度LST (Land Surface Temperature)或由LST分解得到的SM指数,受限于LST“...     

地表温度日变化模型偏差系数解算的地表温度降尺度

地表温度LST(Land Surface Temperature)是全球气候变化研究的关键参数,遥感是获取全球和区域尺度地表温度的一种切实可行手段,但现有的单一传感器无法提供高时空分辨率的LST数据,限制了遥感地表温度数据的深入广泛应用.现有的降尺度方法难以生成无缝高时空分辨率的地表温度数据,且降尺度效果易受高空间分辨...     

遥感数据时空融合研究进展及展望

遥感数据在空间分辨率和时间分辨率上相互制约,单一的卫星传感器不能获得既具有高空间分辨率又具有高时间分辨率的数据,遥感数据时空融合技术是目前解决此问题的重要方法之一。对此介绍了国内外在遥感数据时空融合领域的主要研究成果,通过对当前主流融合模型构建理论进行对比分析,将时空融合模型分为基于变换的模型和基于像元重构的模型,并且进一步将基于像元重构的模型分为了基于线性混合模型和时空自适应融合模型2类,分别介绍了各类模型的基本原理与方法,并对模型的优缺点进行了对比分析。最后,对时空融合模型的发展趋势从数据、应用和尺度3个方面进行了展望。     

多源高分辨率遥感影像智能融合

本文面向多源高分辨率遥感影像自动化融合的应用需求,探索按需应用的智能化融合方法,充分利用不同分辨率和不同时相的高分辨率多源遥感影像数据资源与特性,研究了影像融合数据源选取的决策树算法,建立了遥感影像融合规则知识库,并自动化选取适合的融合算法,提出了Curvelet_HCS算法,对低频和高频系数选用不同的融合规则,改善了HCS算法的光谱失真问题,可同时融合多光谱影像的多个谱段,并保持更丰富的空间细节信息。根据融合评价结果对遥感影像融合规则知识库进行更新,实验验证表明了该套方法的有效性,为开展大规模智能化的多源遥感影像融合应用提供了重要的方法和技术支撑。