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1、数字图像融合方法研究【摘 要】 图像融合是指通过对多源图像信息的提取和合成，从而获得对同一场景目标的更为准确、更为全面、更为可靠的图像描述。人们可以得到包含了在各种环境条件下、各种模式下、各种观测角度对同一事物的综合特征描述的合成图像。图像融合通常可分为像素级融合、特征级融合和决策级融合三个层次。目前，像素级融合是图像融合的研究重点。本文首先介绍了图像融合的目的、国内外研究现状、面临的问题以及本文的主要工作。接着重点论述了图像融合的三个层次以及像素级图像融合的几种常用方法，并通过 matlab 仿真，比较加 权平均法、主成分分析(PCA)法、IHS 融合法以及小波变换 法的融合效果。【关键词】
2、 图像融合，主成分分析，IHS ，小波变换ABSTRACTImage fusion means to extract and synthesize multiple source pictures and get more accurate, more comprehensive and more reliable information about same scene or object. We can get the same things described in the comprehensive feature composite image including a variety
3、 of environmental conditions, a variety of modes and a variety of viewing angle. Image fusion is usually divided into three levels of pixel level fusion, feature level fusion and decision level fusion. At present, the pixel level fusion is the research focus of image fusion. Firstly, this dissertati
4、on introduces the purpose, the present research situation at home and abroad and problem of image fusion and the main content of this article. Then focus on discuss the three levels of image fusion and several commonly used methods of pixel level image fusion, comparing the fusion effect of weighted
5、 average method, Principle components analysis ( PCA) method, IHS fusion method and wavelet transform fusion.Keywords：Image fusion, Principle components analysis ( PCA), Intensity-Hue-Saturation (IHS), Wavelet transform目 录1. 绪论 .11.1 图像融合的目的 .11.2 国内外研究现状 .11.3 图像融合面临的问题 .21.4 本文的主要工作 .32. 图像融合理论 .4
6、2.1 图像融合层次 .42.1.1 像素级图像融合 .42.1.2 特征级图像融合 .42.1.3 决策级图像融合 .52.2 几种像素级图像融合方法理论介绍 .72.2.1 加权平均法 .72.2.2 主成分分析（PCA）法 .92.2.3 基于 IHS 变换的图像融合 .122.2.4 基于小波变换的图像融合 .143. matlab仿真结果及其分析 .193.1 matlab 仿真结果 .193.2 融合图像效果分析 .214. 结论 .254.1 论文主要工作 .254.2 研究展望 .25参考文献 .27致 谢 .2811. 绪论1.1 图像融合的目的图像融合的目的就是通过对多源图
7、像信息的提取和合成，从而获得对同一场景目标的更为准确、更为全面、更为可靠的图像描述 1。1.2 国内外研究现状图像融合早期被应用于多光谱卫星遥感图像的分析和处理中。20 世纪80 年代初期，Daily 、 Laner 和 Todd 进行了雷达图像、Landsat-RBV、Landsat-MSS 图像的融合实验。到 80 年代后期，图像融合技术逐渐引起人们的关注，并开始应用于遥感光谱图像的合成，进行地质、矿产、气候、环境的探测和研究。90 年代后，随着多可遥感卫星 JERS-1、ERS-1、Radarsat 等的出现，图像融合技术成为遥感图像处理的研究热点，并且研究领域扩展到可见光图像处理、红外
8、图像处理、医学图像处理等领域。近年来，图像融合技术已经成为计算机视觉、自动控制、机器人、目标识别跟踪、军事应用领域的关键技术之一 1。国内对图像融合的研究起步于上世纪 90 年代。1991 年海湾战争后，图形融合技术引起了我国军方的高度重视，相继许多高校和科研单位展开了在这一领域的研究工作，也取得了一系列显著的研究成果，但多数研究成果都只仅限于理论性的探测和研究，同国外先进水平相比，国内在这一领域的研究进展还比较缓慢，尤其是在对图像融合的一些新理论、新思想、新算法的探索和对融合效果的衡量方面。因此，国内在此领域的研究基本上处于初级阶段。21.3 图像融合面临的问题总体上看，无论是在国内还是国外
9、，图像融合技术的研究越来越受到广泛的关注，并且在很多方面都取得了非常显著的成就，但是就目前国内外在此领域的研究现状而言，仍有许多问题值得我们注意，并且这些问题将成为我们今后研究的重点。 图像融合技术虽然在很多方面取得了非常显著的成就，但到目前为止并没有形成一个完整的、普遍的理论体系，国内外的很多研究也都只侧重于对具体的某一方面的研究，这样导致的结果是实用性比较差，而且适用范围也不广。 图像融合速度问题：就图像融合目前的发展现状而言，图像的融合效果和融合速度之间存在着矛盾。一般的融合方法，算法简单直观、融合速度快、实时性强，但融合后的效果很难令人满意，在实际应用中并没有多大的用处，也很难得到广泛
10、的应用；而一些较好的融合方法，比如：多分辨塔式方法和小波变换方法，它们的融合效果相对比较好，但融合速度大大降低。这就造成了融合速度与融合效果两者之间的矛盾，所以，探索一种融合速度快、融合效果好的融合算法将成为我们今后研究的一个重要方面。 融合图像的效果衡量问题：虽然近几十年来，图像融合技术在军事、民用、遥感、医学等众多领域得到了广泛的应用并取得了显著的成就，但是就融合图像的效果衡量而言，到底哪种融合方法的融合效果较好，对这一问题，目前并没有形成一个统一的、客观的衡量标准，通常都只能靠观察者的主观感觉来进行评判，但是由于许多内因和外因的存在，会对人的3主观观察产生影响，进而影响评判的准确性，所以
11、，得出的结论也是因人而异，没有说服力。在我国，图像融合技术才刚刚起步，同国外先进水平相比还有很大的差距，这说明我们仍任重而道远，在图像融合方面还需要进行更加广阔、更加深入的探索和研究。1.4 本文的主要工作本文的主要工作是围绕图像融合展开的，讨论了图像融合的目的、国内外研究现状、研究中所面临的问题以及图像融合的三个层次，重点研究了像素级图像融合的几种常用方法，包括加权平均法、主成分分析（PCA ）法、IHS 变换法和小波变换法，并对这 4 种融合方法进行了理论分析，通过 matlab 进行实验仿真，得出 4 种不同融合方法下的融合图像，通过一些图像融合标准参数对 4 种不同融合方法下得到的融合
12、图像进行衡量，看哪种融合效果比较好。本文具体完成的工作如下： 简单阐述图像融合的三个层次：像素级图像融合、特征级图像融合和决策级图像融合。 重点介绍了像素级图像融合的 4 种常用融合方法：加权平均法、主成分分析（PCA）法、 IHS 变换法和小波变换法。并对这 4 种融合方法在理论上作了详尽、清晰的描述（包括各种融合方法的理论、算法、流程图、步骤以及各自的优缺点） 。 运用上述 4 种融合方法的理论知识，通过 matlab 仿真得出 4 种不同融合方法下的融合图像，并通过一些图像融合标准参数：信息熵、均方根4误差、信噪比和平均梯度，对上述 4 种方法得出的融合图像进行衡量，最终得出小波变换是这 4 种融合方法中最出色的方法，而加权平均法、主成分分析（PCA）法和 IHS 变换法都有其各自的不足之处，融合效果不大令人满意。2. 图像融合理论2.1 图像融合层次多传感器图像融合与经典的单一图像处理方法之间存在本质的差别，单一图像处理是对人脑信息处理过程的低水平模仿。而多源图像融合信息具有更复杂的形式，而且出现在不同
