多聚焦圖像融合方法綜述

1、多聚焦圖像融合方法綜述摘要：本文概括了多聚焦圖像融合的一些基本概念和相關(guān)知識(shí)。然后從空域和頻域兩方面將多聚焦圖像融合方法分為兩大塊，并對(duì)這兩塊所包含的方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹并對(duì)其中小波變換化法進(jìn)行了詳細(xì)地闡述。最后提出了一些圖像融合方法的評(píng)價(jià)方法。關(guān)鍵詞：多聚焦圖像融合；空域；頻域；小波變換法；評(píng)價(jià)方法1、 引言按數(shù)據(jù)融合的處理體系，數(shù)據(jù)融合可分為：信號(hào)級(jí)融合、像素級(jí)融合、特征級(jí)融合和符號(hào)級(jí)融合。圖像融合是數(shù)據(jù)融合的一個(gè)重要分支，是 20

2、世紀(jì) 70 年代后期提出的概念。該技術(shù)綜合了傳感器、圖像處理、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)和人工智能等現(xiàn)代高新技術(shù)。它在遙感圖像處理、目標(biāo)識(shí)別、醫(yī)學(xué)、現(xiàn)代航天航空、機(jī)器人視覺等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。Pohl 和 Genderen 將圖像融合定義為：“圖像融合是通過一種特定的方法將兩幅或多幅圖像合成一幅新圖像” ，其主要思想是采用一定的方法，把工作于不同波長(zhǎng)范圍、具有不同成像機(jī)理的各種成像傳感器對(duì)同一場(chǎng)景成像的多幅圖像信息合成一幅新的圖像。作為圖像

3、融合研究重要內(nèi)容之一的多聚焦圖像融合，是指把用同一個(gè)成像設(shè)備對(duì)某一場(chǎng)景通過改變焦距而得到的兩幅或多幅圖像中清晰的部分組合成一幅新的圖像，便于人們觀察或計(jì)算機(jī)處理。圖像融合的方法大體可以分為像素級(jí)、特征級(jí)、決策級(jí) 3 中，其中，像素級(jí)的圖像融合精度較高，能夠提供其他融合方法所不具備的細(xì)節(jié)信息，多聚焦融合采用了像素級(jí)融合方法，它主要分為空域和頻域兩大塊，即：（1）在空域中，主要是基于圖像清晰部分的提取，有梯度差分法，分塊法等，其優(yōu)點(diǎn)是速度快

4、、方法簡(jiǎn)單，不過融合精確度相對(duì)較低，邊緣吃力粗糙；（2）在頻域中，具有代表性的是分辨方法，其中有拉普拉斯金字塔算法、小波變換法等，多分辨率融合精度比較高，對(duì)位置信息的把握較好，不過算法比較復(fù)雜，處理速度比較慢。2、 空域中的圖像融合把圖像 f(x,y)看成一個(gè)二維函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行處理，它包含的算法有邏輯濾波器法、加權(quán)平均法、數(shù)學(xué)形態(tài)法、圖像代數(shù)法、模擬退火法等。2.1 邏輯濾波器法“圖像”是最重要的圖像代數(shù)算子,定義為從坐標(biāo)集到值集函數(shù)的

5、圖。 “模板”和模板算子是圖像代數(shù)強(qiáng)有力的工具,它將模板、掩膜、窗口、數(shù)學(xué)形態(tài)的構(gòu)成元素、定義在鄰域像素上的其他函數(shù),統(tǒng)一、概括成數(shù)學(xué)實(shí)體。用于變換實(shí)值圖像的三種基本的模板操作是:廣義卷積、乘積最大、和最大。模板操作可通過在全局和局部卷積來改變維數(shù)、大小和圖像形狀。2.5 模擬退火法模擬退火法是以張馳為基礎(chǔ)的最優(yōu)化技術(shù)。用于圖像處理時(shí),相當(dāng)于把像素值以駐留的領(lǐng)域視為物理系統(tǒng)中的原子或分子的狀態(tài)。將能量函數(shù)分配給物理系統(tǒng)并確定其 Gibb

6、s 分布。因?yàn)?Gibbs 分布與馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)等價(jià),所以如果圖像可以表示為馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng),則能量函數(shù)就決定了圖像模型。能量函數(shù)的溫度降低,將物理系統(tǒng)退火到全局能量最小狀態(tài),則對(duì)應(yīng)于加有噪聲的初始圖像對(duì)真實(shí)圖像的最大后驗(yàn)估計(jì)。模擬退火法用來進(jìn)行像素級(jí)的融合,就是找到可恰當(dāng)?shù)孛枋鰧?duì)最終的融合圖像約束能量函數(shù)。3、 頻域中圖像融合有些問題在空域中不太好直接研究，可計(jì)算量較大，可把其變換到頻域（空間域）進(jìn)行研究。這是信號(hào)處理和圖像處理的慣用

7、方法。其過程一般為：f（x，y） 正變換 F（u，v） 逆變換 f（x，y）它包含的算法主要有金字塔圖像融合法和小波變換圖像融合法。3.1 金字塔圖像融合法金字塔圖像融合法就是將參加融合的每幅源圖像作金字塔表示，將所有圖像的金字塔表示在各相應(yīng)層上以一定的融合規(guī)則融合，可得到合成的金字塔。將合成的金字塔，用金字塔生成的逆過程重構(gòu)圖像，則可得到融合圖像。3.2 小波變換圖像融合法小波變換圖像融合法是通

8、過小波將圖像分解成一系列具有不同分辨率、頻率特性和方向特性的子帶圖像。將各源圖像做小波變換（分解） ，按一定規(guī)則將各源圖像的小波系數(shù)融合，得到融合圖像的小波表示，做小波逆變換（重構(gòu)） ，得到融合圖像。3.2.1 小波的定義2 22 2 2( ) { ( ) | | ( ) | }( ) { ( , ) | | ( , ) | }L R f x f x dxL R f x y f x y dxdy?????????????????????