A suitable pan-sharpening method has to be chosen with respect to the used spectral characteristic of the multispectral bands and the intended application. The research on pan-sharpening algorithm in improving the accuracy of image classification has been reported. For a classification, preserving the spectral information is important. Other applications such as road detection depend on a sharp and detailed display of the scene. Various criteria applied to scenes with different characteristics should be used to compare the pan-sharpening methods. The pan-sharpening methods in our research comprise rather common techniques like Brovey, IHS(Intensity Hue Saturation) transform, and PCA(Principal Component Analysis), and more complex approaches, including wavelet transformation. The extraction of matching pairs was performed through SIFT descriptor and Canny edge detector. The experiments showed that pan-sharpening techniques for spatial enhancement were effective for extracting point and linear features. As a result of the validation it clearly emphasized that a suitable pan-sharpening method has to be chosen with respect to the used spectral characteristic of the multispectral bands and the intended application. In future it is necessary to design hybrid pan-sharpening for the updating of features and land-use class of a map.
Although the intensity-hue-saturation (IHS) method for pan-sharpening has a spectral distortion problem, it is a popular method in the remote sensing community and has been used as a standard procedure in many commercial packages due to its fast computing and easy implementation. Recently, IHS-like approaches have tried to overcome the spectral distortion problem inherited from the IHS method itself and yielded a good result. In this paper, a similar IHS-like method with least squares for WorldView-2 pan-sharpening is presented. In particular, unlike the previous methods with three or four-band multispectral images for pan-sharpening, six bands of WorldView-2 multispectral image located within the range of panchromatic spectral radiance responses are considered in order to reduce the spectral distortion during the merging process. As a result, the new approach provides a satisfactory result, both visually and quantitatively. Furthermore, this shows great value in spectral fidelity of WorldView-2 eight-band multispectral imagery.
This paper proposes a scheme to reduce spectral distortion in PAN-sharpening which produces a MultiSpectral image (MS) with the higher resolution of PANchromatic image (PAN). The spectral distortion results from reconstructing spatial details of PAN image in the MS image. The proposed method employs Spectral Adjustment and Anisotropic Diffusion to make a reduction of the distortion. The spectral adjustment makes the PAN-sharpened image agree with the original MS image, but causes block distortion because the spectral response of a pixel in the lower resolution is assumed to be equal to the average response of the pixels belonging to the corresponding area in the higher resolution at a same wavelength. The block distortion is corrected by the anisotropic diffusion which uses a conduct coefficient estimating from a local computation of PAN image. It results in yielding a PAN-sharpened image with the spatial structure of PAN image. GSA is one of PAN-sharpening techniques which are efficient in computation as well as good in quantitative quality evaluation. This study suggests the GSA as a preliminary PAN-sharpening method. Two data sets were used in the experiment to evaluate the proposed scheme. One is a Dubaisat-2 image of $1024{\times}1024$ observed at Los Angeles area, USA on February, 2014, the other is an IKONOS of $2048{\times}2048$ observed at Anyang, Korea on March, 2002. The experimental results show that the proposed scheme yields the PAN-sharpened images which have much less spectral distortion and better quantitative quality evaluation.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.29
no.5
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pp.471-478
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2011
High resolution Pan-sharpening technique is becoming increasingly important in the field of remote sensing image analysis as an essential image processing to improve the spatial resolution of original multispectral image. The general scheme of pan-sharpening technique consists of upsampling process of multispectral image and high-pass detail injection process using the panchromatic image. The upsampling process, however, brings about image blurring, and this lead to spectral distortion in the pan-sharpening process. In order to solve this problem, this paper presents a new method that adopts image restoration techniques based on optimization theory in the pan-sharpening process, and evaluates its efficiency and application possibility. In order to evaluate the effect of image restoration techniques on the pansharpening process, the result obtained using the existing method that used bicubic interpolation were compared visually and quantitatively with the results obtained using image restoration techniques. The quantitative comparison was done using some spectral distortion measures for use to evaluate the quality of pan-sharpened image.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.18
no.2
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pp.79-86
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2010
Generally, image fusion is defined as generating re-organized image by merging two or more data using special algorithms. In remote sensing, image fusion technique is called as Pan-sharpening algorithm because it aims to improve the spatial resolution of original multispectral image by using panchromatic image of high-spatial resolution. The pan-sharpened image has been an important task due to various applications such as change detection, digital map creation and urban analysis. However, most approaches have tended to distort the spectral information of the original multispectral data or decrease the spatial quality compared with the panchromatic image. In order to solve these problems, a novel pan-sharpening algorithm is proposed by considering the spectral and spatial characteristics of multispectral image. The algorithm is applied to the KOMPSAT-2 and QuickBird satellite image and the results showed that our method can improve the spectral/spatial quality compared with the existing fusion algorithms.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.40
no.4
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pp.275-292
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2022
In order to detect climate changes using satellite imagery, the GCOS (Global Climate Observing System) defines requirements such as spatio-temporal resolution, stability by the time change, and uncertainty. Due to limitation of GK-2A sensor performance, the level-2 products can not satisfy the requirement, especially for spatial resolution. In this paper, we found the optimal pan-sharpening algorithm for GK-2A products. The six pan-sharpening methods included in CS (Component Substitution), MRA (Multi-Resolution Analysis), VO (Variational Optimization), and DL (Deep Learning) were used. In the case of DL, the synthesis property based method was used to generate training dataset. The process of synthesis property is that pan-sharpening model is applied with Pan (Panchromatic) and MS (Multispectral) images with reduced spatial resolution, and fused image is compared with the original MS image. In the synthesis property based method, fused image with desire level for user can be produced only when the geometric characteristics between the PAN with reduced spatial resolution and MS image are similar. However, since the dissimilarity exists, RD (Random Down-sampling) was additionally used as a way to minimize it. Among the pan-sharpening methods, PSGAN was applied with RD (PSGAN_RD). The fused images are qualitatively and quantitatively validated with consistency property and the synthesis property. As validation result, the GSA algorithm performs well in the evaluation index representing spatial characteristics. In the case of spectral characteristics, the PSGAN_RD has the best accuracy with the original MS image. Therefore, in consideration of spatial and spectral characteristics of fused image, we found that PSGAN_RD is suitable for GK-2A products.
Recently, $Gonz\acute{a}lez-Aud\acute{i}cana$ et al. proposed the substitute wavelet intensity(SWI) method which provided a solution based on the intensity-hue-saturation(IHS) method for the fusing of panchromatic(PAN) and multispectral(MS) images. Although the spectral quality of the fused MS images is enhanced, this method is not efficient enough to quickly merge massive volumes of data from satellite. To overcome this problem, we introduce a new SWI method based on a fast IHS transform to implement efficiently as an alternative procedure. In addition, we show that the method is well applicable for fusing IKONOS PAN with MS images.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.39
no.1
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pp.13-21
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2021
High-resolution satellites such as Kompsat-3 and CAS-500 include optical cameras of MS (Multispectral) and PAN (Panchromatic) CCD (Charge Coupled Device) sensors installed with certain offsets. The offsets between the CCD sensors produce geometric discrepancy between MS and PAN images because a ground target is imaged at slightly different times for MS and PAN sensors. For precise pan-sharpening process, we propose a co-registration process consisting the physical sensor modeling and image matching. The physical sensor model enables the initial co-registration and the image matching is carried out for further refinement. An experiment with Kompsat-3 images produced RMSE (Root Mean Square Error) 0.2pixels level of geometric discrepancy between MS and PAN images.
Multispectral image data of high spatial resolution is required to obtain correct information on the ground surface. The multispectral image data has lower resolution compared to panchromatic data. PAN-sharpening fusion technique produces the multispectral data with higher resolution of panchromatic image. Recently the object-based approach is more applied to the high spatial resolution data than the conventional pixel-based one. For the object-based image analysis, it is necessary to perform image segmentation that produces the objects of pixel group. Image segmentation can be effectively achieved by the process merging step-by-step two neighboring regions in RAG (Regional Adjacency Graph). In the satellite remote sensing, the operational environment of the satellite sensor causes image degradation during the image acquisition. This degradation increases variation of pixel values in same area, and results in deteriorating the accuracy of image segmentation. An iterative approach that reduces the difference of pixel values in two neighboring pixels of same area is employed to alleviate variation of pixel values in same area. The size of segmented regions is associated with the quality of image segmentation and is decided by a stopping rue in the merging process. In this study, the image restoration and segmentation was quantitatively evaluated using simulation data and was also applied to the three PAN-sharpened multispectral images of high resolution: Dubaisat-2 data of 1m panchromatic resolution from LA, USA and KOMPSAT3 data of 0.7m panchromatic resolution from Daejeon and Chungcheongnam-do in the Korean peninsula. The experimental results imply that the proposed method can improve analytical accuracy in the application of remote sensing high resolution PAN-sharpened multispectral imagery.
Roads are an essential factor in the physical functioning of modern society. The spatial information of the road has much longer update cycle than the traffic situation information, and it is necessary to generate the information faster and more accurately than now. In this study, as a way to achieve that goal, the Pan-sharpening technique was applied to satellite images of Kompsat 3 and 3A to improve spatial resolution. Then, the data were used for road extraction using the semantic segmentation technique, which has been actively researched recently. The acquired Kompsat 3/3A pan-sharpened images were trained by putting it into a U-Net based segmentation model along with Massachusetts road data, and the applicability of the images were evaluated. As a result of training and verification, it was found that the model prediction performance was maintained as long as certain conditions were maintained for the input image. Therefore, it is expected that the possibility of utilizing satellite images such as Kompsat satellite will be even higher if rich training data are constructed by applying a method that minimizes the impact of surrounding environmental conditions affecting models such as shadows and surface conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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