像素級多傳感器圖像融合方法研究.pdf

1、近年來隨著圖像傳感器和圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，圖像融合的實(shí)用性也在不斷增強(qiáng)，并逐漸從國防應(yīng)用領(lǐng)域拓展到其他國民應(yīng)用領(lǐng)域。目前在遙感、態(tài)勢感知、偵查、全天候監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷、武器裝備、機(jī)器人等眾多應(yīng)用領(lǐng)域越來越多地使用了多傳感器、多光譜圖像，圖像融合技術(shù)呈現(xiàn)出了更加廣闊的應(yīng)用前景，凸顯了圖像融合研究的重大意義和緊迫性。
　　本文主要針對場景態(tài)勢監(jiān)控、目標(biāo)檢測識別等應(yīng)用領(lǐng)域的紅外與可見光等類型多傳感器圖像融合需求，從有利于增強(qiáng)對場景的理

2、解、有利于快速準(zhǔn)確檢視識別目標(biāo)的角度出發(fā)，旨在像素級融合層面上深入研究并獲得一些有效的處理和分析方法。文中主要以設(shè)計能有效增強(qiáng)源圖像中目標(biāo)特征并獲得良好視覺效果的融合新方法、以及能滿足圖像融合系統(tǒng)實(shí)時性需求的快速融合算法為主要目標(biāo)，文中主要研究內(nèi)容如下:
　　1、對圖像融合技術(shù)中常用的多尺度變換予以了較全面的總結(jié)，并從信號稀疏表示理論的角度審視多尺度分析方法及其在圖像融合中的優(yōu)勢和不足;重點(diǎn)針對多尺度變換的冗余性與移不變性對融合效

3、果的影響，對不同類型多尺度變換的16種融合算法進(jìn)行了定量的實(shí)驗(yàn)對比和分析研究，總結(jié)給出了多尺度變換方法在圖像融合算法設(shè)計中應(yīng)注意的一些特點(diǎn)。
　　2、現(xiàn)有多尺度融合算法重視細(xì)節(jié)系數(shù)的融合規(guī)則而對近似系數(shù)一般采用簡單的均值或加權(quán)融合規(guī)則。近似系數(shù)代表了源圖像的主要能量分布，簡單的近似系數(shù)融合規(guī)則會造成融合圖像中目標(biāo)的亮度和對比度降低，導(dǎo)致強(qiáng)度較高的源圖像抑制或淹沒另一方的目標(biāo)特征和紋理細(xì)節(jié)，最終影響融合圖像的視覺效果和目標(biāo)特征的可探

4、測性。針對此問題，提出了一種應(yīng)用亮度重映射的近似系數(shù)融合規(guī)則，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，綜合考慮源圖像近似系數(shù)的強(qiáng)度和對比度等特征，能有效增強(qiáng)弱勢源圖像中目標(biāo)特征和紋理細(xì)節(jié)等信息的融合，明顯提高融合圖像的動態(tài)范圍和目標(biāo)特征的強(qiáng)度。
　　3、受傳感器物理特性限制或自然條件影響，源圖像經(jīng)常表現(xiàn)為對比度低、灰度值范圍狹窄、視覺效果模糊等情況，從而造成融合圖像質(zhì)量的下降。針對此問題，將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)與尺度空間理論相結(jié)合構(gòu)造了多尺度top-hat變換，提出

5、了基于多尺度top-hat變換的增強(qiáng)融合算法。該算法使用多尺度top-hat變換提取源圖像亮、暗細(xì)節(jié)特征，并依據(jù)不同應(yīng)用需求靈活地融合各尺度亮、暗特征得到融合圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，算法在融合過程中同步增強(qiáng)目標(biāo)和細(xì)節(jié)特征，使融合圖像中目標(biāo)與背景對比度、紋理細(xì)節(jié)等特征優(yōu)于其在源圖像中的表現(xiàn)，并能根據(jù)應(yīng)用需求獲得具有不同增強(qiáng)效果的融合圖像。
　　4、針對實(shí)時系統(tǒng)需求，提出了加權(quán)和乘積相結(jié)合的互調(diào)制快速融合算法。該算法對兩幅源圖像分別使用基

6、于對應(yīng)像素能量比值所確定的系數(shù)進(jìn)行放大，然后分別加上由圖像統(tǒng)計參數(shù)得到的偏移項，最后將兩部分相乘并規(guī)范化即得到融合圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，算法綜合了加法和乘法調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，簡單快速，實(shí)時性好，并且參數(shù)自適應(yīng)，是一種非線性的互調(diào)制融合過程。算法的融合質(zhì)量和效率優(yōu)于小波、金字塔等融合算法，適用于多傳感器圖像如紅外與可見光圖像融合、醫(yī)學(xué)圖像融合等。
　　5、總結(jié)了近15年來多傳感器圖像染色融合的研究成果，給出了染色融合算法的一般框架。在此基礎(chǔ)

7、上，提出了基于YCbCr顏色空間的夜視微光與紅外圖像染色融合算法。算法使用互調(diào)制融合方法構(gòu)造Y分量并直接由源圖像構(gòu)造Cb、Cr分量，快速構(gòu)造出色彩豐富、對比度強(qiáng)烈的偽彩色圖像;應(yīng)用顏色傳遞技術(shù)后，獲得了細(xì)節(jié)豐富、目標(biāo)背景對比度高、符合場景自然顏色分布的假彩色圖像。染色融合過程結(jié)合了偽彩色和假彩色兩次染色，可滿足不用應(yīng)用需求。因使用了互調(diào)制快速融合并直接構(gòu)造顏色分量，算法效率高且參數(shù)自適應(yīng)，可滿足實(shí)時性需求。
　　文中對融合算法的研