多分辨率分析圖像融合關(guān)鍵技術(shù)研究

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1、多分辨率分析圖像融合關(guān)鍵技術(shù)研究重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)生姓名：尤春艷指導(dǎo)教師：楊士中院士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)通信工程學(xué)院二O一四年十月萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)StudyontheKeyTechnologyofImageFusionBasedonMultiresolutionAnalysisAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor‘sDegreeofEngineeringB

2、yYouChunyanSupervisedbyProf.ShizhongYangSpecialty:CommunicationandInformationSystemCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOctober2014萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)中文摘要摘要圖像融合是一門綜合了傳感器、圖像處理、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)和人工智能的現(xiàn)代高新技術(shù)。利用圖像融合技術(shù)可以有效利用多個(gè)圖像的互補(bǔ)信息和冗余信息，并獲得對(duì)目標(biāo)或場(chǎng)景更為準(zhǔn)

3、確、可靠、全面的信息描述，以供進(jìn)一步觀察、處理、分析、決策等。目前，圖像融合技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、遙感圖像處理、多傳感器網(wǎng)絡(luò)等，但是，因?yàn)閲?guó)內(nèi)外有關(guān)圖像融合的研究還不夠系統(tǒng)和深入，尚未形成完整的理論框架和體系，同時(shí)其關(guān)鍵技術(shù)因其高度敏感性受到了發(fā)達(dá)國(guó)家的封鎖，因此對(duì)圖像融合關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文緊密圍繞基于多分辨率分析的圖像融合關(guān)鍵技術(shù)，提出了一些圖像融合和融合圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的新思路、新算法，主要工作如下：對(duì)多分辨率分析圖像融合算法進(jìn)行了綜合對(duì)比和分析。首先介紹了圖像融合常用的多分辨

4、率分析方法理論基礎(chǔ)，接著分別闡述了金字塔變換、小波變換以及移不變小波變換的基本原理、變換系數(shù)特點(diǎn)以及各自在圖像融合方面的優(yōu)缺點(diǎn)。為進(jìn)一步驗(yàn)證并探討不同多分辨率分析方法、不同小波參數(shù)選取方法、不同變換級(jí)數(shù)等對(duì)圖像融合效果的影響，本文設(shè)計(jì)了同樣融合規(guī)則不同變換方法、同樣融合方法不同小波基、同樣融合方法不同小波變換級(jí)數(shù)以及同樣多分辨率變換方法不同融合規(guī)則等４種仿真試驗(yàn)，并用多種主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)融合效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到了一些針對(duì)多分辨率圖像融合實(shí)際應(yīng)用中參數(shù)選擇方法和關(guān)鍵影響因素的初步結(jié)論，對(duì)于開展同領(lǐng)域研究具有一定參

5、考價(jià)值。針對(duì)多聚焦圖像融合，提出一種基于可變尺度統(tǒng)計(jì)分析與非下采樣輪廓波變換的圖像融合策略。首先介紹了多聚焦多源圖像融合和非下采樣輪廓波變換的基本原理，然后從保持圖像自然度和清晰度的角度，結(jié)合非下采樣輪廓波變換系數(shù)特點(diǎn)，提出一種新的融合策略。創(chuàng)新點(diǎn)有三個(gè)方面：一是提出采用可變尺度統(tǒng)計(jì)特征對(duì)圖像變換的高低頻系數(shù)分別進(jìn)行分析，克服了固定窗口尺寸不能適應(yīng)圖像特征變化的缺點(diǎn)；二是對(duì)低頻子帶，以多尺度平均梯度為判決依據(jù)，確定融合系數(shù)；三是對(duì)高頻系數(shù)，根據(jù)非下采樣輪廓波變換系數(shù)各子帶數(shù)據(jù)尺寸相同易于定位的特點(diǎn)，提出了一種新的

6、融合策略，即對(duì)同一位置不同子帶的高頻圖像變換系數(shù)從同一幅源圖像中選取，以保持融合圖像的自然度和清晰度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法在提高融合圖像清晰度，并保持源圖像自然度上取得了很好的效果。針對(duì)遙感圖像應(yīng)用，深入研究全色圖像與多光譜圖像的特性，并針對(duì)圖像融合過(guò)程中容易引起光譜失真的問(wèn)題，提出一種基于區(qū)域特征和非下采樣輪廓波變換的圖像融合算法。一是提出了一種新的融合規(guī)則：結(jié)合圖像非下采樣輪廓波變換系數(shù)特征，對(duì)圖像的低頻子帶系數(shù)，根據(jù)圖像特征的顯著性，劃分為平滑區(qū)、I萬(wàn)方數(shù)據(jù)重慶大學(xué)博士學(xué)位論文紋理區(qū)和邊緣區(qū)三種，分別按照不

7、同的融合規(guī)則進(jìn)行處理；對(duì)圖像的高頻子帶則按照絕對(duì)值取大的規(guī)則進(jìn)行融合。二是對(duì)融合圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了改進(jìn)：設(shè)計(jì)了光譜保持度和梯度對(duì)比度兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量遙感圖像融合質(zhì)量，該指標(biāo)的取值能夠更加準(zhǔn)確地展示融合圖像的質(zhì)量與輸入圖像質(zhì)量的對(duì)比關(guān)系。三是深入探討了區(qū)域參數(shù)取值與融合圖像清晰度和光譜扭曲程度之間的關(guān)系，得到了一些有益的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過(guò)本文提出的算法，融合圖像在提高圖像清晰度的同時(shí)，大大減少了融合圖像的光譜失真。詳細(xì)介紹圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的主客觀方法，分析當(dāng)前圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)方法的

8、深入研究，提出一種新的融合圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法。該方法將互信息和基于結(jié)構(gòu)相似度的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法結(jié)合起來(lái)，以更好地對(duì)融合圖像質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是對(duì)多個(gè)圖像之間互信息的計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)化。提出將所有輸入圖像看作一個(gè)整體，來(lái)計(jì)算輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的互信息，從而得到多圖像互信息計(jì)算的簡(jiǎn)化公式，并通過(guò)進(jìn)一步推導(dǎo)，證明了本文計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)計(jì)算方法得到的互