【正文】 ......................................................... 4 圖像融合層次 ....................................................... 4 像素級圖像融合 ............................................... 4 特征級圖像融合 ............................................... 4 決策級圖像融合 ............................................... 5 幾種像素級圖像融合方法理論介紹 ..................................... 7 加權(quán)平均法 ................................................... 7 主成分分析（ PCA）法 .......................................... 9 基于 IHS 變換的圖像融合 ...................................... 12 基于小波變換的圖像融合 ...................................... 14 3. matlab 仿真結(jié)果及其分析 ............................................ 19 matlab 仿真結(jié)果 ................................................... 19 融合圖像效果分析 .................................................. 21 4. 結(jié)論 ................................................................. 25 論文主要工作 ...................................................... 25 研究展望 .......................................................... 25 參考文獻(xiàn) ................................................................ 27 致 謝 ................................................................ 28 1 1. 緒論 圖像融合的目的 圖像融合的目的就是通過對多源圖像信息的提取和合成，從而獲得對同一場景目標(biāo)的更為準(zhǔn)確、更為全面、更為可靠的圖像描述 [1]。 本文首先介紹了圖像融合的目的、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、面臨的問題以及本文的主要工作。圖像融合通?？煞譃橄袼丶壢诤稀⑻卣骷壢诤虾蜎Q策級融合三個層次。 數(shù)字圖像融合方法研究 【摘 要】 圖像融合是指通過對多源圖像信息的提取和合成，從而獲得對同一場景目標(biāo)的更為準(zhǔn)確、更為全面、更為可靠的圖像描述。人們可以得到包含了在各種環(huán)境條件下、各種模式下、各種觀測角度對同一事物的綜合特征描述的合成圖像。目前，像素級融合是圖像融合的研究重點(diǎn)。接著重點(diǎn)論述了圖像融合的三個層次以及像素級圖像融合的幾種常用方法，并通過 matlab 仿真，比較加權(quán)平均法、主成分分析 (PCA)法、IHS 融合法以及小波變換法的融合效果。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 圖像融合早期被應(yīng)用于多光譜衛(wèi)星遙感圖像的分析和處理中。到 80 年代后期，圖像融合技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注，并開始應(yīng)用于遙感光譜圖像的合成，進(jìn)行地質(zhì)、礦產(chǎn)、氣候 、環(huán)境的探測和研究。近年來，圖像融合技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)視覺、自動控制、機(jī)器人、目標(biāo)識別跟蹤、軍事應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一 [1]。 1991 年海灣戰(zhàn)爭后，圖形融合技術(shù)引起了我國軍方的高度重視，相繼許多高校和科研單位展開了在這一領(lǐng)域的研究工作，也取得了一系列顯著的研究成果，但多數(shù)研究成果 都只僅限于理論性的探測和研究，同國外先進(jìn)水平相比，國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展還比較緩慢，尤其是在對圖像融合的一些新理論、新思想、新算法的探索和對融合效果的衡量方面。 2 圖像融合面臨的問題 總體上看，無論是在國內(nèi)還是國外，圖像融合技術(shù)的研究越來越受到廣泛的關(guān)注，并且在很多方面都取得了非常顯著的成就，但是就目前國內(nèi)外在此領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀而言，仍有許多問題值得我們注意，并且這些問題將成為我們今后研究的重點(diǎn)。 圖像融合技術(shù)雖然在很多方面 取得了非常顯著的成就，但到目前為止并沒有形成一個完整的、普遍的理論體系，國內(nèi)外的很多研究也都只側(cè)重于對具體的某一方面的研究，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是實(shí)用性比較差，而且適用范圍也不廣。 圖像融合速度問題：就圖像融合目前的發(fā)展現(xiàn)狀而言，圖像的融合效果和融合速度之間存在著矛盾。這就造成了融合速度與融合效果兩者之間的矛盾，所以，探索一種融合速度快、融合效果好的融合算法將成為我們今后研究的一個重要方面。 融合圖像的效果衡量問題：雖然近幾十年來，圖像融合技術(shù)在軍事、民用、遙感、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并取得了顯著的成就，但是就融合圖像的效果衡量而言，到底哪種融合方法的融合效果較好，對這一問題，目前并沒有形成一個統(tǒng)一的、客觀的衡量標(biāo)準(zhǔn)，通常都只能靠觀察者的主觀感覺來進(jìn)行評判，但是由于許多內(nèi)因和外因的存 3 在，會對人的主觀觀察產(chǎn)生影 響，進(jìn)而影響評判的準(zhǔn)確性，所以，得出的結(jié)論也是因人而異，沒有說服力。 本文的主要工作 本文的主要工作是圍繞圖像融合展開的，討論了圖像融合的目的、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究中所面臨的問題以及圖像融合的三個層次，重點(diǎn)研究了像素級圖像融合的幾種常用方法，包括加權(quán)平均法、主成分分析（ PCA）法、IHS 變換法和小波變換法，并對這 4 種融合方法進(jìn)行了理論分析，通過 matlab進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，得出 4 種不同融合方法下的融合圖像，通過一些圖像融合標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對 4 種不同融合方法下得到的融合圖像進(jìn)行衡量，看哪種融合效果比較好。 簡單闡述圖像融合的三個層次：像素級圖像融合、特征級圖像融合和決策級圖像融合。 重點(diǎn)介紹了像素級圖像融合的 4 種常用融合方法：加權(quán)平均法、主成分分析（ PCA）法、 IHS 變換法和小波變換法。 錯誤 !未找到引用源。 2. 圖像融合理論 圖像融合層次 多傳感器圖像融合與經(jīng)典的單一圖像處理方法之間存在本質(zhì)的差別，單一圖像處理是對人腦信 息處理過程的低水平模仿。 像素級圖像融合 基于像素級融合，是對多源圖像的關(guān)于同一場景、目標(biāo)的同一像素級灰度進(jìn)行的綜合處理，生成的新圖像能夠包含源圖像中所有像素點(diǎn)的信息，融合流程圖如圖 1 所示。每個傳感器提供的圖像來自不同的時間和空間，或者是在同一時間和空間下而具有不同 光譜特性的圖像。像素級的融合使結(jié)果圖像更豐富可靠，有利于進(jìn)一步進(jìn)行分析、處理、理解，能提供最優(yōu)決策和性能辨識 [1]。從每個傳感器提取局部特征，融合處理后獲得復(fù)合特征。例如，在利用紅外熱像儀和可見光攝影機(jī)進(jìn)行目標(biāo)識別時，首先要在 兩幅圖像上找到目標(biāo)背景之間的差異，對目標(biāo)的輪廓進(jìn)行提?。蝗缓髮δ繕?biāo)進(jìn)行比較、選擇、綜合，最后進(jìn)行識別和決策 [1]。首先做出目標(biāo)的初級判斷和結(jié)論，然后對來自各個傳感器的決策進(jìn)行相關(guān)處理，最后進(jìn)行獲得聯(lián)合判斷。在決策級的預(yù)處理中，對圖像配準(zhǔn)的要求較低，甚至可以不用考慮，因?yàn)椋鱾€傳感器已經(jīng)首先進(jìn)行了決策提取。主要技術(shù)包括表決法、 Bayes 推理、DempsterShafer 方法、推廣的證據(jù)處理理論、模糊集法等 [48]。然而像素級融合在融合處理的難易程度上為最復(fù)雜、對傳感器的依賴性最高、系統(tǒng)容錯性差，抗干擾能力也最低?？紤]圖像 1 圖像 2 圖像 n … 預(yù)處理 特征提取 特征分類 圖像配準(zhǔn) 決策融合 結(jié)果 7 到圖像融合主要目的在于集成多源圖像中的冗余信息和互補(bǔ)信息，強(qiáng)化對圖像的理解和分析。特征級融合和決策級融合只作簡單的描述。本文就加權(quán)平均法、主成分分析（ PCA）法、 IHS 變換法和小波變換法這四種展開研究，主要包括各種融合方法的理論、算法、融合流程圖、融合步驟以及各種融合方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍。 圖像灰度值的平均可看作灰度值和加權(quán)的特例（ ???? ）。同時，當(dāng)用于多幀圖像的融合處理時，可提高融合圖像的信噪比。 對以上 M 個圖像進(jìn)行平均融合后的圖像 ? ?21,nng 為： ? ? ? ?21121 ,1, nngMnng Mi i??? (23) 顯然有： ? ?? ? ? ?2121 , nnfnngE ? (24) ? ? ? ?2 ,2 , 2121 1 nnnng M ??? ? (25) 式中： ? ?? ?21,nngE 為 g 的均值； ? ?2 ,21nng? 為 g 在 ? ?21,nn 處得方差； ? ?2 ,21nn?? 為 ?在 ? ?21,nn 處得方差。實(shí)際上， 此時的多幀圖像的像素平均融合就是一種圖像的平滑處理，這種平滑處理在減小圖像中噪聲的同時，往往可能在一定程度上使圖像中的邊緣、輪廓變得模糊了。 9 若要對彩色圖像進(jìn)行融合處理時，可以按照三基色模型，將每幅彩色圖像看作三幅單色圖像（紅、綠、藍(lán)）的疊加，分別對各色圖像進(jìn)行融合處理，最終可得到融合后的三幅紅、綠、藍(lán)單色圖像，由這三幅單色圖像疊加便可形成融合后的彩色圖像。 對彩色圖像進(jìn)行像素級加權(quán)平均融合處理為： ? ? ? ? ? ?21221121 , nnBnnAnnF RR