(完整版)基于Matlab的圖像融合研究設(shè)計

1、摘要1Abstract11、緒論21.1課題開發(fā)背景21.1.1圖像融合的定義21.1.2手動配準(zhǔn)與圖象融合21.1.3圖象融合研究的發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點31.2課題設(shè)計要求42、MATLAB程序設(shè)計52.1 MATLAB軟件簡介52.2 MATLAB軟件窗口環(huán)境72.3 M語言編程83、圖像融合算法93.1圖象融合算法的層次分類93.2圖像融合規(guī)則103.3圖像融合方法113.4圖像融合步驟124、各算法程序134.1 一般方法134.2 PCA算法程序144.3金字塔（Pyramid）算法程序154.4小波變換（DWT）算法程序185、實驗結(jié)果226、圖像融合的應(yīng)用247、總結(jié)25參考文獻2

2、6武漢理工大學(xué)課程設(shè)計說明書摘要數(shù)字圖像融合是以圖像為主要研究內(nèi)容的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是把多個不同模式的圖像傳感器獲得的同一場景的多幅圖像或同一傳感器在不同時刻獲得的同一場景的多幅圖像合成為一幅圖像的過程。本文首先介紹了數(shù)字圖像融合的定義、發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點，接著論述了圖像融合的規(guī)則、方法和步驟。并給出了三種融合算法程序，即PCA算法、金字塔圖像融合算法與基于小波變換的算法程序，在最后論述了圖像融合技術(shù)在軍事、醫(yī)學(xué)圖像和遙感測控中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：圖像融合小波變換MatlabAbstractDigitalimagefusionisthetechnologyofdatafusionmainlystud

3、ytheimagesisthedifferentpatternsofimagesofthesamescenesensorstothesamenumberofsensorsorimagesacquiredatdifferenttimesthesamesceneforanumberofsyntheticimagesimagesprocess.Thefirstintroduceddigitalimageintegrationdefinition,thecurrentdevelopmentandresearchhot,andthendiscussedtheintegrationofimagesofth

4、erules,methodsandsteps.ThreeintegrationalgorithmsandproceduresgiventhatthePCAalgorithms,pyramidimageintegrationalgorithmsandalgorithmsbasedonwaveletschangeproceduresdiscussedinthefinalimageintegrationtechnologyinthemilitary,medicalimagingandremotesensing,monitoringandcontrolapplications.Keywords:Ima

5、gefusionWaveletschangeMatlab-4-1、緒論1.1課題開發(fā)背景1.1.1圖像融合的定義數(shù)字圖像融合(DigitalImageFusion)是以圖像為主要研究內(nèi)容的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是把多個不同模式的圖像傳感器獲得的同一場景的多幅圖像或同一傳感器在不同時刻獲得的同一場景的多幅圖像合成為一幅圖像的過程。由于不同模式的圖像傳感器的成像機理不同，工作電磁波的波長不同，所以不同圖像傳感器獲得的同一場景的多幅圖像之間具有信息的冗余性和互補性，經(jīng)圖像融合技術(shù)得到的合成圖像則可以更全面、更精確地描述所研究的對象。正是由于這一特點，圖像融合技術(shù)現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于軍事、遙感、計算機視覺、醫(yī)學(xué)圖

6、像處理等領(lǐng)域中。數(shù)字圖像融合是圖像分析的一項重要技術(shù)，該技術(shù)在數(shù)字地圖拼接、全景圖、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。雖然Photoshop等圖像處現(xiàn)軟件提供了圖像處理功能，可以通過拖放的方式進行圖像拼接，但由于完全是手工操作，單調(diào)乏味，且精度不高，因此，有必要尋找一種方便可行的圖像融合方法。Matlab具有強大的計算功能和豐富的工具箱函數(shù)，例如圖像處理和小波工具箱包含了大多數(shù)經(jīng)典算法，并且它提供了一個非常方便快捷的算法研究平臺，可讓用戶把精力集中在算法上而不是編程上，從而能大大提高研究效率。1.1.2手動配準(zhǔn)與圖象融合圖像融合包含圖像配準(zhǔn)和無縫合成兩個部分由于成像時受到各種變形因素的影響，得到的各

7、幅圖像間存在著相對的幾何差異。圖像配準(zhǔn)是通過數(shù)學(xué)模擬來對圖像間存在著的幾何差異進行校正，把相鄰兩幅圖像合成到同一坐標(biāo)系下，并使得相同景物在不同的局部圖像中對應(yīng)起來，以便于圖像無縫合成。本文采用Matlab中的cpselect、cp2tform函數(shù)完成幾何配準(zhǔn)。cpselect函數(shù)顯示圖像界面，手動在兩幅圖像的重疊部分選取配準(zhǔn)控制點，Matlab自動進行亞像素分析，由cp2tform函數(shù)值正重疊部分的幾何差異。Matlab中的cp2tform函數(shù)能修正6種變形，分別是圖(b)：線性相似；圖c):仿射；圖d):投影；圖e):多頂式；圖。:分段線性；圖(g):局部加權(quán)平均。前4種為全局變換，后兩種為

8、局部變換，如圖I所示，圖(a)為修正結(jié)果；圖(b)至圖(g)為對應(yīng)的變形。(a)(b)(d)(e)(0(g)圖1-1cp2tform函數(shù)能修正的6種幾何變形圖像配準(zhǔn)之后，由于圖像重疊區(qū)域之間差異的存在，如果將圖像象素簡單疊加，拼按處就會出現(xiàn)明顯的拼接縫，因此需要一種技術(shù)修正待拼接圖像拼接縫附近的顏色值，使之平滑過渡，實現(xiàn)無縫合成。傳統(tǒng)的融合方法多是在時間域?qū)D像進行算術(shù)運算，沒有考慮處理圖像時其相應(yīng)頻率域的變化。從數(shù)學(xué)上講，拼接縫的消除相當(dāng)于圖像顏色或灰度曲面的光滑連接，但實際上圖像的拼接與曲面的光滑不同，圖像顏色或灰度曲面的光滑表現(xiàn)為對圖像的模糊化，從而導(dǎo)致圖像模糊不清。1.1.3圖象融合研

9、究的發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點在眾多的圖像融合技術(shù)中，基于小波變換的圖像融合方法已成為現(xiàn)今研究的個熱點。這類算法主要是利用人眼對局部對比度的變化比較敏感這一事實，根據(jù)一定的融合規(guī)則，在多幅原圖像中選擇出最顯著的特征，例如邊緣、線段等，并將這些特征保留在最終的合成圖像中。在一幅圖像的小波變換中，絕對值較大的小波系數(shù)對應(yīng)于邊緣這些較為顯著的特征，所以大部分基于小波變換的圖像融合算法主要研究如何選擇合成圖像中的小波系數(shù)，也就是三個方向上的高頻系數(shù)從而達到保留圖像邊緣的目的。雖然小波系數(shù)（高頻系數(shù)）的選擇對于保留圖像的邊緣等特征具有非常主要的作用，但尺度系數(shù)（低頻系數(shù)）決定了圖像的輪廓，正確地選擇尺度系數(shù)對提

10、高合成圖像的視覺效果具有舉足輕重的作用。本文給出了一種基于小波變換的圖像融合算法，在考慮小波系數(shù)選擇規(guī)則的前提下，還重點研究了尺度系數(shù)的選擇方案。小波系數(shù)的選擇基于絕對值最大的原則，并對選擇方案的一致性進行了驗證。所謂的一致性指的是對于空間某像素點，其小波系數(shù)的選擇方案應(yīng)和其鄰近點一致。本文設(shè)計了三種選擇尺度系數(shù)的方案，并從理論上和仿真結(jié)果上對這三種方案進行了比較，選擇出一種最好的方案。本文給出的算法可用于兩幅圖像或多幅圖像的融合，從仿真結(jié)果可看出，這個算法較好地保持了圖像的邊緣，具有較好的視覺效果。1.2課題設(shè)計要求題目：幾種圖像融合算法的Matlab程序設(shè)計初始條件：1、提供實驗室機房及其matlab軟件；2、提供兩張同一景物不同效果的圖片；3、數(shù)字圖像處理的基本理論學(xué)習(xí)。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)