Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.36
no.5
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pp.413-422
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2018
Many applications using satellite data from high-resolution multispectral sensors require an image fusion step, known as pansharpening, before processing and analyzing the multispectral images when spatial fidelity is crucial. Image fusion methods are to improve images with higher spatial and spectral resolutions by reducing spectral distortion, which occurs on image fusion processing. The image fusion methods can be classified into MRA (Multi-Resolution Analysis) and CSA (Component Substitution Analysis) approaches. To suggest the efficient image fusion method for Pleiades and KOMPSAT (Korea Multi-Purpose Satellite) 3 satellites, this study will evaluate image fusion methods for multispectral and panchromatic images. HPF (High-Pass Filtering), SFIM (Smoothing Filter-based Intensity Modulation), GS (Gram Schmidt), and GSA (Adoptive GS) were selected for MRA and CSA based image fusion methods and applied on multispectral and panchromatic images. Their performances were evaluated using visual and quality index analysis. HPF and SFIM fusion results presented low performance of spatial details. GS and GSA fusion results had enhanced spatial information closer to panchromatic images, but GS produced more spectral distortions on urban structures. This study presented that GSA was effective to improve spatial resolution of multispectral images from Pleiades 1A and KOMPSAT 3.
The spatial resolution of multispectral images can be improved by merging them with higher resolution image data. A fundamental problem frequently occurred in existing fusion processes, is the distortion of spectral information. This paper presents a spatially adaptive image fusion algorithm which produces visually natural images and retains the quality of local spectral information as well. High frequency information of the high resolution image to be inserted to the resampled multispectral images is controlled by adaptive gains to incorporate the difference of local spectral characteristics between the high and the low resolution images into the fusion. Each gain is estimated to minimize the l$_2$-norm of the error between the original and the estimated pixel values defined in a spatially adaptive window of which the weight are proportional to the spectral correlation measurements of the corresponding regions. This method is applied to a set of co-registered Landsat7 ETM+ panchromatic and multispectral image data.
Efficient multi-resolution image fusion aims to take advantage of the high spectral resolution of Landsat TM images and high spatial resolution of SPOT panchromatic images simultaneously. This paper presents a multi-resolution data fusion scheme, based on multirate image representation. Motivated by analytical results obtained from high-resolution multispectral image data analysis: the energy packing the spectral features are distributed in the lower frequency bands, and the spatial features, edges, are distributed in the higher frequency bands. This allows to spatially enhancing the multispectral images, by adding the high-resolution spatial features to them, by a multirate filtering procedure. The proposed method is compared with some conventional methods. Results show it preserves more spectral features with less spatial distortion.
This study presents an approach to synthesize multispectral images at a higher resolution by exploiting a high-resolution image acquired in panchromatic modality. The synthesized images should be similar to the multispectral images that would have been observed by the corresponding sensor at the same high resolution. The proposed scheme is designed to reconstruct the multispectral images at the higher resolution with as less color distortion as possible. It uses a regression model of the second order to fit panchromatic data to multispectral observations. Based on the regression model, the multispectral images at the higher spatial resolution of the panchromatic image are optimized by a quadratic programming. In this study, the new method was applied to the IKONOS 1m panchromatic and 4m multispectral data, and the results were compared with them of several current approaches. Experimental results demonstrate that the proposed scheme can achieve significant improvement over other methods.
Kim, Yong-Hyun;Eo, Yang-Dam;Kim, Youn-Soo;Kim, Yong-Il
ETRI Journal
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v.33
no.4
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pp.497-505
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2011
Image fusion is a technical method to integrate the spatial details of the high-resolution panchromatic (HRP) image and the spectral information of low-resolution multispectral (LRM) images to produce high-resolution multispectral images. The most important point in image fusion is enhancing the spatial details of the HRP image and simultaneously maintaining the spectral information of the LRM images. This implies that the physical characteristics of a satellite sensor should be considered in the fusion process. Also, to fuse massive satellite images, the fusion method should have low computation costs. In this paper, we propose a fast and efficient satellite image fusion method. The proposed method uses the spectral response functions of a satellite sensor; thus, it rationally reflects the physical characteristics of the satellite sensor to the fused image. As a result, the proposed method provides high-quality fused images in terms of spectral and spatial evaluations. The experimental results of IKONOS images indicate that the proposed method outperforms the intensity-hue-saturation and wavelet-based methods.
Currently available image fusion methods are not efficient for fusing the Landsat 7 images. Significant color distortion is one of the major problems. In this paper, using the well-known wavelet based method for data fusion between high-resolution panchromatic and low-resolution multispectral satellite images, we performed Landsat 7 image fusion. Based on the experimental results obtained from this study, we analyzed some reasons for color distortion. A new approach using the biorthogonal wavelets based method for data fusion is presented. This new method has reached an optimum fusion result - with the same spectral resolution as the multispectral image and the same spatial resolution as the panchromatic image with minimum artifacts.
This study presents a pansharpening method, so called FitPAN, to synthesize multispectral images at a higher resolution by exploiting a high-resolution image acquired in panchromatic modality. FitPAN is a modified version of the quadratic programming approach proposed in (Lee, 2008), which is designed to generate synthesized multispectral images similar to the multispectral images that would have been observed by the corresponding sensor at the same high resolution. The proposed scheme aims at reconstructing the multispectral images at the higher resolution with as less spectral distortion as possible. This study also proposes a sharpening process to eliminate some distortions appeared in the fused image of the higher resolution. It employs the Point-Jacobian MAP iteration utilizing the contextual information of the original panchromatic image. In this study, the new method was applied to the IKONOS 1m panchromatic and 4m multispectral data, and the results were compared with them of several current approaches. Experimental results demonstrate that the proposed scheme can achieve significant improvement in both spectral and block distortion.
Proceedings of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry, and Cartography Conference
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2006.04a
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pp.187-192
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2006
Image fusion techniques are widely used to integrate a lower spatial resolution multispectral image with a higher spatial resolution panchromatic image. However, the existing techniques either cannot avoid distorting the image spectral properties or involve complicated and time-consuming decomposition and reconstruction processing in the case of wavelet transform-based fusion. In this study a simple spectral preserve fusion technique: the Smoothing Filter-based Replacement(SFR) is proposed based on a simplified solar radiation and land surface reflection model. By using a ratio between a higher resolution image and its low pass filtered (with a smoothing filter) image, spatial details can be injected to a co-registered lower resolution multispectral image minimizing its spectral properties and contrast. The technique can be applied to improve spatial resolution for either colour composites or individual bands. The fidelity to spectral property and the spatial quality of SFM are convincingly demonstrated by an image fusion experiment using IKONOS panchromatic and multispectral images. The visual evaluation and statistical analysis compared with other image fusion techniques confirmed that SFR is a better fusion technique for preserving spectral information.
Kim, Ari;Kim, Hong-Suk;Park, Youngsik;Park, Seung-Ok
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.30
no.2
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pp.1-10
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2016
A system which provides multispectral near-IR and visible gray images of objects is constructed and an algorithm is derived to acquire a natural color image of objects from the gray images. A color image of 24 color patches is obtained by recovering their CIE (International Commission on Illumination) LAB color coordinates $L^*$, $a^*$, $b^*$ from their gray images using the algorithm based on polynomial regression. The system is composed of a custom-designed LED illuminator emitting multispectral near-IR illuminations, fluorescent lamps and a monochrome digital camera. Color reproducibility of the algorithm is estimated in CIELAB color difference ${\Delta}E^*_{ab}$. And as a result, if yellow and magenta color patches with around 10 ${\Delta}E^*_{ab}$ are disregarded, the average ${\Delta}E^*_{ab}$ is 2.9, and this value is within the acceptability tolerance for quality evaluation for digital color complex image.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.16
no.3
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pp.15-20
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2008
High-spatial resolution remote sensing satellites (IKONOS-2, QuickBird and KOMPSAT-2) have provided low-spatial resolution multispectral images and high-spatial resolution panchromatic images. Image fusion or Pan-sharpening is a very important in that it aims at using a satellite image with various applications such as visualization and feature extraction through combining images that have a different spectral and spatial resolution. Many image fusion algorithms are proposed, most methods could not preserve the spectral information of original multispectral image after image fusion. In order to solve this problem, modified induction technique which reduce the spectral distortion of fused image is developed. The spectral distortion is adjusted by the comparison between the spatially degraded pan-sharpened image and original multispectral image and our algorithm is evaluated by QuickBird satellite imagery. In the experiment, pan-sharpened image by various methods can reduce spectral distortion when our algorithm is applied to the fused images.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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