艾玖龍

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淺淺析圖像融合技術(shù)

艾玖龍

國家新聞出版廣電總局北京地球站，北京102206

數(shù)字圖像融合是以圖像為主要研究內(nèi)容的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是把多個不同模式的圖像傳感器獲得的同一場景的多幅圖像或同一傳感器在不同時刻獲得的同一場景的多幅圖像合成為一幅圖像的過程。

圖像融合；像素級圖像融合；非多分辨率分析

圖像融合是一項集中信號處理、圖像處理、圖像顯示、信號傳感器和計算機(jī)技術(shù)等的現(xiàn)代高新技術(shù)。目前在國際上，許多技術(shù)先進(jìn)的國家高度重視該技術(shù)并已取得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。

在眾多的圖像融合技術(shù)里，使用小波變換的圖像融合方法現(xiàn)如今成為研究的一個熱點(diǎn)。這種方法利用人眼對局部對比度的變化比較敏感這一事實(shí)，根據(jù)某種融合方式，在多幅原圖像中選擇出最顯著的特征，如邊緣、線段、線條等，然后將這些特征保留在最后的合成圖像里面。使用小波變換的圖像，使用絕對值較大的小波系數(shù)對應(yīng)于邊緣這些較為顯著的特征，因此大多數(shù)基于小波變換的圖像融合算法主要研究如何選擇合成圖像中的小波系數(shù)，也就是三個方向上的高頻系數(shù)，從而達(dá)到保留圖像邊緣清晰的目的。

學(xué)術(shù)界在圖像融合領(lǐng)域已取得了很大的成績，圖像融合方法也各種各樣。因?yàn)閳D像融合技術(shù)的研究還剛剛開始不久，因此有許多問題急需解決。首先，圖像融合技術(shù)缺乏理論指導(dǎo)基礎(chǔ)，盡管公開報道圖像融合的技術(shù)很多，但是文章都是針對一個具體的問題，對圖像融合技術(shù)沒有統(tǒng)一公認(rèn)的理論框架，建立圖像融合的理論框架是目前的一個研究方向。還有就是建立客觀的圖像融合技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)也是急需解決的問題之一。在嚴(yán)格的像素級圖像融合條件下，對多源圖像進(jìn)行信息的綜合研究分析。像素級圖像融合是在信息融合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層面上進(jìn)行處理的，主要任務(wù)是對多源圖像中的目標(biāo)和背景信息等進(jìn)行圖像融合處理。目前像素級圖像融合是最低層次的圖像融合，這種方法能保持盡可能多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，提供的細(xì)節(jié)信息是其他融合層次不能提供的。但需要處理的信息量最大，因此對設(shè)備的要求比較高。

特征級圖像融合技術(shù)，對預(yù)處理和特征提取后獲得如邊緣圖像、形狀圖形、紋理圖案以及圖像區(qū)域等特征信息進(jìn)行綜合處理判斷。特征級融合是進(jìn)行在中間層次上的信息融合，它保留了足夠多的重要圖像信息，而且可以對信息進(jìn)行壓縮，有利于圖像的實(shí)時處理。決策級圖像融合技術(shù)，在每個傳感器完成目標(biāo)提取與信息分類后，圖像融合系統(tǒng)按照一定的方法及決策的可信度作出決策融合處理方法。這種方式的融合實(shí)時性很好，并且擁有一定的容錯能力。

1 圖像融合研究方法

目前國內(nèi)外像素級圖像融合領(lǐng)域的研究方法大致上可以分為兩種類別：基于非多分辨率的圖像融合方法和基于多分辨率分析的圖像融合方法：

1.1 基于非多分辨率分析的圖像融合方法

基于非多分辨率分析的圖像融合方法，這種融合方法包含了傳統(tǒng)的圖像融合變換方法，例如線性加權(quán)平均法，Intensity Hue Saturation變換融合法、Principal Comp onent Analysis變換融合法及高通濾波法（HPF）等等；也包含了智能圖像融合方法，如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論的融合等等。

1.2 是基于多分辨率分析的圖像融合方法

這種方法是現(xiàn)在為止在像素級圖像融合技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛且非常重要的算法之一，逐步成為學(xué)術(shù)上研究的主要方法。因其融合的過程是在不一樣的尺度數(shù)據(jù)上、空間頻率上、分解層次上處理的，因此和傳統(tǒng)的融合方法進(jìn)行技術(shù)比較后，基于多分辨率分析的圖像融合方法獲得的融合結(jié)果效果明顯要好很多?；诙喾直媛史治龅膱D像融合方法發(fā)展到現(xiàn)如今，基本上經(jīng)歷三個階段，即基于金字塔變換的圖像融合法、小波變換的圖像融合法及超小波變換的圖像融合法。其中，超小波分析是近來人們?yōu)楦淖冃〔ǚ治龅牟蛔?，常用基于小波技術(shù)基礎(chǔ)之上的系列變換。

2 圖像融合的應(yīng)用

一是智能機(jī)器人領(lǐng)域：機(jī)器人動作控制“對環(huán)境的視覺觸覺力矩反饋”立體攝像融合“智能注視控制”自動識別目標(biāo)和跟蹤等。信息融合技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域起到了很大的作用。

二是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域：計算機(jī)輔助手術(shù)、多維圖像表面空間校準(zhǔn)等。醫(yī)學(xué)圖像融合處理是醫(yī)學(xué)圖像后處理的研究熱點(diǎn)之一，其中主要包括圖像轉(zhuǎn)換、圖像配準(zhǔn)和圖像信息提取三個步分。醫(yī)學(xué)圖像融合處理充分利用多模式圖像獲取互補(bǔ)信息，使臨床的診斷和治療更為準(zhǔn)確完善。

三是制造業(yè)領(lǐng)域：電子線路和部件檢查、物品表面測量和檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程監(jiān)控和復(fù)雜設(shè)備診斷。

四是戰(zhàn)場和司法領(lǐng)域：陸?？漳繕?biāo)、事件的檢測跟蹤、識別、和控制，隱蔽武器的探測、戰(zhàn)場監(jiān)視、夜間飛行導(dǎo)航等。

3 圖像融合評價方法

圖像的主要包括兩個方面：一是關(guān)于圖像的逼真度，另一個是關(guān)于圖像的可理解度。圖像逼真度是用來描述被評價圖像偏離出標(biāo)準(zhǔn)圖像的程度，通常使用歸一化均方差來衡量。而圖像的可理解度是表示人能夠從圖像獲取信息的能力。

因?yàn)橥蝗诤纤惴▽τ诟鞣N不同類型的圖像會產(chǎn)生不同的融合效果，因?yàn)檫@個原因，現(xiàn)如今圖像融合效果的評價效果問題沒有被很好的解決。同一圖像的觀察者對同一融合算法在感興趣的方面不同，就會產(chǎn)生不同的評價效果；圖像各項參數(shù)要求在不同的應(yīng)用方面會產(chǎn)生不同的評價效果，不同的效果會導(dǎo)致選取的評價方式不同。

現(xiàn)在來說評價圖像融合效果的方法主要可以分為兩大類別：分別是主觀的評價方法和客觀的評價方法。在許多融合應(yīng)用里，最終體驗(yàn)者是人，因此考慮到人類視覺差異特性的因素是非常重要的。但是在人為評價融合方法效果的過程中，會出現(xiàn)很多不同的主觀客觀因素等，例如當(dāng)時的心情、光線、狀態(tài)等，都會影響評價結(jié)果。

[1]康晨，曾丹，沈潔，等．圖像融合中的彩色圖像顏色校正[J].電子測量技術(shù)，2014，37（3）：54-57．

[2]許良鳳，林輝，胡敏.基于差分進(jìn)化算法的多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像融合[J].電子測量與儀器學(xué)報，2013，27（2）：110-114.

[3]周前祥，敬忠良，姜世忠.多源遙感影像信息融合研究現(xiàn)狀與展望[J].宇航學(xué)報，2002，23（5）：89-94

[4]夏明革，何友，唐小明.多傳感器圖像融合綜述[J].電光與控制，2002，9（4）：1-7.

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