圖像融合開(kāi)題報(bào)告2

1、齊魯工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目：圖像拼接技術(shù)研究一圖像融合院（系）電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)電子信息工程班級(jí)電子12-1姓名劉泳麟學(xué)號(hào)學(xué)1202031022導(dǎo)師劉玉淑2016年4月20日1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況1.1題目背景：圖像融合是二十世紀(jì)七十年代后期提出的新概念，他是一門綜合了傳感器、圖像處理、信號(hào)處理、顯示、計(jì)算機(jī)和人工智能等技術(shù)的現(xiàn)代高新技術(shù)1。由于圖像融合系統(tǒng)具有突出的探測(cè)優(yōu)越性(時(shí)空覆蓋寬、目標(biāo)分辨力與測(cè)量維數(shù)高、重構(gòu)能力好、冗余性、互補(bǔ)性、時(shí)間優(yōu)越性以及相對(duì)低成本等)，在國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家受到高度重視并已取得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，并在許多領(lǐng)域

2、得到了廣泛的應(yīng)用2。1. 2研究意義：圖像融合是指綜合兩個(gè)或多個(gè)多源圖像的信息，圖像融合的目的是綜合同一個(gè)場(chǎng)景中的多個(gè)圖像的信息，其結(jié)果是更適合人的視覺(jué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一幅圖像，或更適合進(jìn)一步圖像處理需要的圖像。融合后的圖像更符合人或機(jī)器的視覺(jué)特性，以利于對(duì)該圖像進(jìn)一步的分析、理解以及目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別或跟蹤。對(duì)圖像融合來(lái)說(shuō)，融合源圖像可能是在同一個(gè)時(shí)間段，來(lái)自多個(gè)傳感器的圖像，也可能是單個(gè)傳感器在不同時(shí)間提供的圖像序列。一般來(lái)說(shuō)，圖像是對(duì)客觀實(shí)際的一種反映，是一個(gè)不完全、不精確的描述網(wǎng)。圖像融合充分利用多幅圖像資源，通過(guò)對(duì)觀測(cè)信息合理支配和使用，把多幅圖像在空間或時(shí)間上的互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則融合

3、，獲得對(duì)場(chǎng)景的一致性解釋或描述，使融合后的圖像具有比參加融合的任意一幅圖像更優(yōu)越的性質(zhì)，更精確地反映客觀實(shí)際4。本文研究的重點(diǎn)一一多聚焦圖像的融合是圖像融合研究中一類具有代表性的問(wèn)題。由于光學(xué)鏡頭的聚焦有限，使得人們?cè)跀z影時(shí)很難得到一幅所有景物均被聚焦的圖像。解決這個(gè)問(wèn)題的有效方法是對(duì)同一場(chǎng)景拍攝幾幅聚焦點(diǎn)不同的圖像，然后，將其融合為一幅場(chǎng)景內(nèi)所有景物均被聚焦的圖像，這種圖像融合被稱為多聚焦圖像融合。多聚焦圖像融合的實(shí)現(xiàn)可以使多個(gè)不同距離的目標(biāo)物體同時(shí)清晰地呈現(xiàn)，這為特征提取，圖像識(shí)別奠定良好的基礎(chǔ)，同時(shí)有效地提高圖像信息的利用率和系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)探測(cè)識(shí)別的可靠性，廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)、數(shù)碼相機(jī)、目標(biāo)

4、識(shí)別等領(lǐng)域。本課題所研究的圖像融合利用小波融合算法的優(yōu)越性將多聚焦圖像進(jìn)行綜合處理，從而提高圖像的清晰度和目標(biāo)的可識(shí)別程度，得到在一幅場(chǎng)景內(nèi)所有場(chǎng)景均清晰的圖像。利用Matlab軟件仿真，通過(guò)融合效果評(píng)價(jià)準(zhǔn)則來(lái)不斷改進(jìn)融合算法，以得到最佳的融合效果。1 .3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況：圖像融合技術(shù)最早被應(yīng)用于遙感圖像的分析和處理中。美國(guó)陸地資源衛(wèi)星(LANASAT)用多幅光譜圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)合成運(yùn)算，取得了一定的噪聲抑制和區(qū)域增強(qiáng)效果5;美國(guó)德克薩斯儀器公司(TI)研究將紅外熱像和微光圖像融合，來(lái)提高夜戰(zhàn)能力；TI公司還進(jìn)行了將通用組件紅外系統(tǒng)與電視、采用焦平面陣列的前視紅外系統(tǒng)和25mn代微光電視

5、系統(tǒng)、長(zhǎng)波及短波紅外視頻信號(hào)的融合試驗(yàn)，取得了有益的結(jié)果6;A.Toet等采用低通對(duì)比金字塔的圖像融合方法，對(duì)野外背景坦克的可見(jiàn)光和紅外圖像進(jìn)行了融合處理，提高了對(duì)坦克的識(shí)別能力7。到了二十世紀(jì)八十年代末，人們才開(kāi)始將圖像融合技術(shù)應(yīng)用于一般圖像處理（可見(jiàn)光圖像，紅外圖像，多聚焦圖像等）。九十年代后，圖像融合技術(shù)的研究呈不斷上升趨勢(shì)，應(yīng)用的領(lǐng)域也遍及遙感圖像處理、可見(jiàn)光圖像處理、紅外圖像處理、醫(yī)學(xué)圖像處理等。尤其是近幾年，圖像融合技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、機(jī)器人、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。目前，圖像融合技術(shù)在軍事上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。無(wú)論是TMD戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)）、NMD畫家導(dǎo)彈防御

6、系統(tǒng)）那樣的大系統(tǒng)，還是精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、自主式炮彈、微型軍用機(jī)器人這樣的小系統(tǒng)均離不開(kāi)圖像融合技術(shù)。在民用方面，圖像融合已在遙感、智能機(jī)器人等領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，1997年在火星著陸的“火星探路者”（TheMarsSojournerRover）機(jī)器人及2004年年初分別成功登陸的美國(guó)“勇氣”號(hào)與“機(jī)遇”號(hào)火星探測(cè)器身上都安裝了激光束投影儀、攝像機(jī)、全景照相機(jī)、關(guān)節(jié)傳感器和加速度傳感器。在制造業(yè)，圖像融合技術(shù)可以用于產(chǎn)品的檢驗(yàn)、材料探傷、復(fù)雜設(shè)備診斷、制造過(guò)程監(jiān)視、生產(chǎn)線上復(fù)雜設(shè)備和工作的安裝等；在醫(yī)學(xué)上，可通過(guò)對(duì)CT和核磁共振（MRI）圖像的融合，幫助醫(yī)生做出對(duì)疾病更為準(zhǔn)確的診斷；圖像融合還可用

7、于計(jì)算機(jī)輔助顯微手術(shù)；在圖像和信息加密方面，通過(guò)圖像融合也可實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的隱藏以及數(shù)字水印的圖像植入；另外，圖像融合也可用于交通管理和航空管制。隨著圖像融合技術(shù)研究的不斷深入，圖像融合技術(shù)必將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用9。多聚焦圖像融合技術(shù)能夠有效的提高圖像信息的利用率和系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)探測(cè)識(shí)別的可靠性，廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)、數(shù)碼相機(jī)、目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域。圖像融合技術(shù)在我國(guó)的研究相對(duì)于國(guó)際的研究工作起步晚，還處于落后狀態(tài)。目前國(guó)防科技大學(xué)、中科院電子所等單位已將其提上十五規(guī)劃的議事日程；西安電子科技大學(xué)、北京理工大學(xué)將圖像融合的方法用于單細(xì)胞微弱熒光圖像探測(cè)10;工程兵裝備論證研究所利用從美國(guó)引進(jìn)的單鏡頭Si.

8、CCD的多光譜攝像機(jī)，對(duì)白晝偽裝目標(biāo)的多光譜偽裝效果進(jìn)行了檢驗(yàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，學(xué)術(shù)界在圖像融合領(lǐng)域已取得了很大的成績(jī)，圖像融合方法也各種各樣。但是圖像融合技術(shù)的研究還剛剛開(kāi)始，有許多問(wèn)題急需解決。首先，圖像融合技術(shù)缺乏理論指導(dǎo)，雖然關(guān)于圖像融合技術(shù)的公開(kāi)報(bào)道很多，但是每篇文章都是針對(duì)一個(gè)具體的應(yīng)用問(wèn)題，對(duì)圖像融合技術(shù)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的理論框架，建立圖像融合的理論框架是目前的一個(gè)發(fā)展方向。由于圖像的特殊性，在設(shè)計(jì)圖像融合算法時(shí)一定要考慮到計(jì)算速度和所需的存儲(chǔ)量，如何得到實(shí)時(shí)、可靠、穩(wěn)定、實(shí)用的融合算法是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。另外建立客觀的圖像融合技術(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也是急需解決的問(wèn)題。2 .本課題研究的主要內(nèi)容

9、和擬采用的研究方案、研究方法或措施2. 1主要內(nèi)容：本論文的主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：論述了圖像融合技術(shù)的基本理論、現(xiàn)狀和方法，并對(duì)多聚焦圖像融合算法做了分類，同時(shí)分析了現(xiàn)有的方法在多聚焦圖像融合方面的局限性11。詳細(xì)闡述了小波變換的多尺度和多分辨率分析的特性和在圖像小波分解和重構(gòu)原理、過(guò)程，為基于小波變換的多聚焦圖像融合打下了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文對(duì)適用于多聚焦圖像融合效果評(píng)價(jià)的方法做了歸納和總結(jié)，給出了適用于多聚焦圖像融合效果評(píng)價(jià)的一套通用的標(biāo)準(zhǔn)體系，為后續(xù)的研究工作提供了實(shí)驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)。研究了小波分解層數(shù)及小波基的選擇對(duì)多聚焦圖像融合效果的影響，并給出了在多聚焦圖像融合算法中最佳小波分解層數(shù)

10、和小波基的選??；研究了基于小波變換的多聚焦圖像融合方法，并提出了改進(jìn)后的基于小波變換區(qū)域?qū)Ρ榷鹊亩嗑劢箞D像融合方法，并利用Matlab工具進(jìn)行算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)?？偨Y(jié)本論文的研究成果和不足，并指出以后的改進(jìn)方向。2. 2研究方案：1 .基于小波變換的圖像融合基于小波多尺度分解的圖像融合的方案，這里以兩幅圖像的融合為例，多幅圖像的融合方法可據(jù)此類推：首先選取兩個(gè)源圖像進(jìn)行融合得到第一個(gè)融合結(jié)果圖像，再將該結(jié)果圖像和另一個(gè)源圖像進(jìn)行融合得到第二個(gè)結(jié)果圖像，依次類推就可以得到多幅源圖像的最終融合結(jié)果圖像。其融合處理的過(guò)程是首先對(duì)兩個(gè)源圖像進(jìn)行小波變換得到它們的多分辨分解，再根據(jù)某一融合規(guī)則得到融合后

11、的圖像的多分辨分解，最后根據(jù)小波變換的逆變換得到融合圖像。小波變換的目的是將原始圖像分別分解到一系列頻率通道中，利用其分解后的塔形結(jié)構(gòu)，對(duì)不同分解層、不同頻帶分別進(jìn)行融合處理，可有效地將來(lái)自不同圖像的細(xì)節(jié)融合在一起。融合時(shí)，可以將被融合圖像各自攜帶的不同特征與細(xì)節(jié)在多個(gè)分解層、多個(gè)頻帶上分別以不同算子進(jìn)行融合。Campbell和Robson的實(shí)驗(yàn)表明，人的視網(wǎng)膜圖像就是在不同的頻率通道中進(jìn)行處理的?；谛〔ǚ纸獾膱D像融合恰恰是在不同的頻率通道上進(jìn)行融合處理的，因而可能獲得與人的視覺(jué)特性更為接近的融合效果。2 .基于金字塔式圖像融合方法圖像處理的塔形方法是由Burt和Adelson首先提出的17

12、,其早期主要用于圖像的壓縮處理及人或機(jī)器的視覺(jué)特性模型研究。圖像的塔形分解是一種方便靈活的多尺度、多分辨率分解，將這種塔形分解應(yīng)用于圖像處理中，可以在不同尺度、不同空間分辨率上對(duì)源圖像進(jìn)行融合處理，而且在不同分解層可以應(yīng)用不同的融合規(guī)則，這樣可能得到更符合人眼視覺(jué)系統(tǒng)特性的圖像；同時(shí)，融合后圖像更有利于進(jìn)一步處理和分析。在基于金字塔的多聚焦圖像融合的這類算法中，源圖像不斷地被濾波，形成一個(gè)塔狀結(jié)果。在塔的每一層都用一種融合算法對(duì)這一層的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而得到一個(gè)合成的塔式結(jié)構(gòu)。然后對(duì)合成的塔式結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，得到合成圖像。金字塔融合法包括拉普拉斯金字塔法12、梯度金字塔法、比率低通字塔法1314

13、15、形態(tài)學(xué)金字塔法16等。其中拉普拉斯金字塔是從高斯金字塔分解派生出來(lái)的，是比較常用的，但由于拉普拉斯金字塔的圖像融合法由于層間分解量之間具有相關(guān)性，會(huì)導(dǎo)致融合結(jié)果沒(méi)有小波變換理想。下面介紹基于拉普拉斯金字塔分解的多聚焦圖像融合方法18o步驟如下：(1)建立圖像的高斯塔形分解：(2)由高斯金字塔建立圖像的拉普拉斯金字塔19基于拉普拉斯金字塔的圖像融合算法。3,預(yù)期成果形式學(xué)會(huì)并且能用運(yùn)用圖像融合中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法，找出一個(gè)運(yùn)算效率較高的算在熟悉MATLAB的使用及相關(guān)函數(shù)的使用方法后，如何將算法融入程序中。用MATLAB編寫程序時(shí)，對(duì)錯(cuò)誤的程序進(jìn)行分析并進(jìn)行改正視頻拼圖中的圖像融合需要同時(shí)滿足

14、兩個(gè)目的：使生成圖像中不存在突兀的拼縫：盡量降低生成圖像與原始圖像之間的失真度。也就是說(shuō)，既要保證存在色差的圖像之間實(shí)現(xiàn)色彩平滑過(guò)渡，但又不能過(guò)分地平滑圖像，否則會(huì)導(dǎo)致平滑區(qū)域的像素值和原始圖像的像素值之間差異太大，丟失紋理細(xì)節(jié)，造成圖像失真20。4.研究工作進(jìn)度第1周：查閱相關(guān)資料；第23周：提出基本思想，完成開(kāi)題報(bào)告的撰寫；第4周：準(zhǔn)備開(kāi)題答辯；第5-12周：使用Matlab進(jìn)行程序的編寫；第13周：準(zhǔn)備中期答辯，中英文翻譯；第14-15周：軟件程序的編譯及調(diào)試；第16-17周：調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)的功能，撰寫畢業(yè)論文；第18周：進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。5.主要參考文獻(xiàn)：5 BlinnJF.Lightr

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