一種改進(jìn)多焦點(diǎn)圖像融合技術(shù)

姜媛

摘要：圖像融合就是采用一些算法，將不同傳感器對(duì)同一場(chǎng)景形成的不同像進(jìn)行融合處理，使圖像的模糊部分更少，可讀性更強(qiáng)，更適合人眼觀察及其計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別，處理。

本文提出了一種改進(jìn)的小波多焦點(diǎn)融合方法，其基本思想是：首先對(duì)圖像進(jìn)行小波變換，在圖像的低頻區(qū)域根據(jù)特定原則選取近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)，更好的保留了圖像的邊緣特征，提高了圖像質(zhì)量。利用Matlab仿真，將本文提出的方法與拉普拉斯金字塔融合算法和離散小波融合算法在平均值，標(biāo)準(zhǔn)差，熵和平均梯度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)比較，證明了本文提出方法的優(yōu)越性。

0 引言：

圖像融合是指將不同傳感器所提供的信息加以綜合，以獲得對(duì)同一場(chǎng)景的更為精確，全面和可靠的圖像描述。[1]由于小波變換具有非冗余性，使得圖像經(jīng)小波變換后的數(shù)據(jù)總量不會(huì)變大；利用小波變換的方向性，就有可能針對(duì)人眼對(duì)不同方向的高頻分量具有不同分辨率這一視覺(jué)特性， 獲得視覺(jué)效果更佳的融合圖像[2]。

傳統(tǒng)的小波變換融合方法得到的融合圖像效果，與原圖像清晰區(qū)域相比，其對(duì)應(yīng)的圖像質(zhì)量有所降低。因?yàn)檫@種方法會(huì)造成邊緣區(qū)域信息的丟失，為此本文提出一種改進(jìn)的小波變換圖像融合方法，并對(duì)圖像的融合質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 多焦點(diǎn)圖像小波融合基本理論

1.1多焦點(diǎn)圖像條件

本文采用兩幅圖像進(jìn)行融合的方式來(lái)仿真驗(yàn)證，這兩幅圖像需要滿足下列條件：

1：兩幅圖像是對(duì)同一場(chǎng)景成像

2：兩幅圖像是對(duì)場(chǎng)景中的不同物體聚焦的圖像

3：場(chǎng)景中的任何一個(gè)區(qū)域都可以在兩幅圖像之一得到清晰的體現(xiàn)

1.2小波圖像融合理論

圖像經(jīng)過(guò)小波分解后，低頻部分描述的是圖像的背景信息，高頻部分描述的是圖像的邊緣以及紋理等細(xì)節(jié)信息。[3]

1.2.1 融合過(guò)程：

設(shè)原圖像是M與N最后得到的結(jié)果圖像是Z，融合的過(guò)程如下：

1：把小波基作用在源圖像上，將原圖像分解成不同頻率的子圖像

2：在不同的頻率上分別使用不同的融合準(zhǔn)則和系數(shù)

3：把上面得到的圖像通過(guò)小波變換的逆變換進(jìn)行重構(gòu)，得到融合后的圖像。

1.2.2 不同頻率系數(shù)的選取原則

在對(duì)多分辨率的圖像進(jìn)行融合的過(guò)程中，系數(shù)的選取決定了圖像融合最終的效果。系數(shù)主要包括近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)。

（1）近似系數(shù)的選取

低頻系數(shù)包含了圖像的邊緣信息。[4]為了強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)方法當(dāng)中忽略的近似部分在圖像融合中起的作用，本文提出了一種改進(jìn)的近似系數(shù)選擇方法。

假設(shè)兩幅原圖像M與N，經(jīng)過(guò)K層小波分解后，得到低頻圖像LM和LN。對(duì)得到的近似圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)。

近似系數(shù)選取的步驟為：首先判斷像素是否代表低頻圖像的邊緣。如果代表圖像的邊緣部分，則選擇系數(shù)值大的作為融合近似系數(shù)，如果不是代表圖像的邊緣部分，則計(jì)算以這個(gè)像素為中心的鄰域T內(nèi)的能量，選擇能量較大的區(qū)域作為低頻融合近似系數(shù)。

（2）細(xì)節(jié)系數(shù)的選取

細(xì)節(jié)系數(shù)代表圖像的突變特征。由文獻(xiàn)可知，基于區(qū)域梯度與基于區(qū)域能量的方法充分的考慮到了各個(gè)像素之間的相關(guān)性，對(duì)圖像融合的效果更好。因此，本文采用基于區(qū)域能量的方法選取細(xì)節(jié)系數(shù)。

2 MATLAB仿真與結(jié)果評(píng)價(jià)

本文利用MATLAB軟件來(lái)對(duì)多焦點(diǎn)圖像A與B來(lái)進(jìn)行圖像融合的仿真處理。將本文的算法同拉普拉斯金字塔融合算法和離散小波融合算法進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。先將圖像變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)融合圖像，再?gòu)钠骄担瑯?biāo)準(zhǔn)差，熵和平均梯度這四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

由仿真結(jié)果定性的比較可以得出利用本文方法進(jìn)行融合的圖像比利用拉普拉斯金字塔融合算法進(jìn)行融合的圖像和利用離散小波算法融合的圖像在邊緣部分更加清晰，融合效果更好。利用MATLAB對(duì)圖像進(jìn)行平均值，標(biāo)準(zhǔn)差，熵和平均梯度方面的定量指標(biāo)可知本文方法得到的融合圖像平均值，標(biāo)準(zhǔn)差，熵和平均梯度較大，可以說(shuō)明本文使用的方法處理的圖像亮度更高，邊緣部分更加突出，含有的信息更多。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)對(duì)比結(jié)果顯示本文使用的方法優(yōu)于拉普拉斯金字塔融合算法和離散小波融合算法，融合后圖像質(zhì)量更好

參考文獻(xiàn)：

[1]Ishita De， Bhabatosh Chanda.A simple and efficient algorithm for multifocus image fusion using morphological wavelets. Signal Processing 86 （2006） ：924–936.

[2]劉貴喜，楊萬(wàn)海.基于小波分解的圖像融合方法及性能評(píng)價(jià)[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2002（06）：927-934.

[3]馮雪.多焦點(diǎn)圖像融合方法研究[D].東北師范大學(xué)，2008.

[4]張立凱.多焦點(diǎn)圖像融合方法的研究[D].吉林大學(xué)，2013.