Satellite image fusion with multiscale wavelet analysis for marine applications: preserving spatial information and minimizing artifacts (PSIMA)

Abstract

AbstractImage fusion has many diverse purposes. There is no universal, quantitative performance measure to estimate image fusion quality. An essential principle is that the original application-specific information is preserved while artifacts are minimized in the final product. As an application of wavelet analysis to the fusion of images with significantly different spectral properties and pixel spacings, we propose a method that is based on multiscale wavelet analysis, thus preserving spatial information and minimizing artifacts (PSIMA). The information content of the two images is emphasized. With the PSIMA method, the images are fused while minimizing the degree of resampling. Therefore, the finest spatial information in the input images can be preserved and artifacts minimized in the fused product, independent of the fusion method. We demonstrate the PSIMA method using RADARSAT-1 scanning synthetic aperture radar (ScanSAR) and National Oceanic and Atmospheric Administration advanced very high resolution radiometer (NOAA AVHRR) images. This marine data set is a precursor to contemporaneous SAR and electro-optical data that will be available from the advanced synthetic aperture radar (ASAR) and medium-resolution imaging spectrometer (MERIS) sensors on the environmental satellite (ENVISAT). The results show that the PSIMA method is superior to conventional image fusion methods in terms of spatial information preservation and artifact rejection.La fusion d'images a plusieurs objectifs. Il n'existe pas de mesure quantitative universelle de performance pour évaluer la qualité de la fusion d'images. Un principe fondamental veut que l'information originale spécifique à l'application soit préservée tout en minimisant les artéfacts dans le produit final. Dans le contexte de l'application de l'analyse en ondelettes à la fusion d'images ayant des propriétés spectrales et des espacements de pixels significativement différents, nous proposons une méthode basée sur l'analyse multi-échelle en ondelettes qui préserve l'information spatiale tout en minimisant les artéfacts (la méthode PSIMA). Le contenu en information des deux images est ainsi rehaussé. Avec la méthode PSIMA, les images sont fusionnées tout en minimisant le niveau de ré-échantillonnage. Ainsi, l'information spatiale la plus fine dans les images d'entrée peut être préservée et les artéfacts sont minimisés dans le produit de fusion, sans égard à la méthode de fusion utilisée. Nous faisons la démonstration de la méthode PSIMA à l'aide d'images ScanSAR de RADARSAT-1 et AVHRR de NOAA. Cet ensemble de données marines s'inscrit dans la foulée des données RSO et électro-optiques à venir et qui seront bientôt disponibles grâce aux capteurs ASAR et MERIS à bord d'ENVISAT. Les résultats démontrent que la méthode PSIMA est supérieure aux méthodes conventionnelles de fusion d'images en termes de préservation de l'information spatiale et d'élimination d'artéfacts.[Traduit par la Rédaction]