基于Matlab的圖像融合研究設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要.1Abstract.11、 緒論.21.1 課題開發(fā)背景. 2 圖像融合的定義.2 手動(dòng)配準(zhǔn)與圖象融合.2 圖象融合研究的發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn). 31.2 課題設(shè)計(jì)要求. 42、MATLAB 程序設(shè)計(jì). 52.1 MATLAB 軟件簡(jiǎn)介.52.2 MATLAB 軟件窗口環(huán)境.72.3 M 語(yǔ)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

2、.185、實(shí)驗(yàn)結(jié)果.226、圖像融合的應(yīng)用.247、總結(jié).25參考文獻(xiàn).26武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書摘 要數(shù)字圖像融合是以圖像為主要研究?jī)?nèi)容的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是把多個(gè)不同模式的圖像傳感器獲得的同一場(chǎng)景的多幅圖像或同一傳感器在不同時(shí)刻獲得的同一場(chǎng)景的多幅圖像合成為一幅圖像的過(guò)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(diǎn)，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(cè)控中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：圖像融合 小波變換 MatlabAbstractDigital image

3、 fusion is the technology of data fusion mainly study the images is thedifferent patterns of images of the same scene sensors to the same number of sensorsor images acquired at different times the same scene for a number of synthetic imagesimages process. The first introduced digital image integrati

4、on definition, the currentdevelopment and research hot, and then discussed the integration of images of therules, methods and steps. Three integration algorithms and procedures given that thePCA algorithms, pyramid image integration algorithms and algorithms based onwavelets change procedures discus

5、sed in the final image integration technology in themilitary, medical imaging and remote sensing, monitoring and control applications.Keywords：Image fusion Wavelets change Matlab- 1 -武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1、 緒論1.1 課題開發(fā)背景 圖像融合的定義數(shù)字圖像融合（Digital Image Fusion）是以圖像為主要研究?jī)?nèi)容的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是把多個(gè)不同模式的圖像傳感器獲得的同一場(chǎng)景的多幅圖像或同一傳感器在不

6、同時(shí)刻獲得的同一場(chǎng)景的多幅圖像合成為一幅圖像的過(guò)程。由于不同模式的圖像傳感器的成像機(jī)理不同，工作電磁波的波長(zhǎng)不同，所以不同圖像傳感器獲得的同一場(chǎng)景的多幅圖像之間具有信息的冗余性和互補(bǔ)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(duì)象。正是由于這一特點(diǎn)，圖像融合技術(shù)現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于軍事、遙感、計(jì)算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)圖像處理等領(lǐng)域中。數(shù)字圖像融合是圖像分析的一項(xiàng)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(shí)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(guò)拖放的方式進(jìn)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

7、便可行的圖像融合方法。Matlab 具有強(qiáng)大的計(jì)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(gè)非常方便快捷的算法研究平臺(tái)，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。 手動(dòng)配準(zhǔn)與圖象融合圖像融合包含圖像配準(zhǔn)和無(wú)縫合成兩個(gè)部分.由于成像時(shí)受到各種變形因素的影響，得到的各幅圖像間存在著相對(duì)的幾何差異。圖像配準(zhǔn)是通過(guò)數(shù)學(xué)模擬來(lái)對(duì)圖像間存在著的幾何差異進(jìn)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(duì)應(yīng)起來(lái)，以便于圖像無(wú)縫合成。本文采用Matlab 中的 cpselect、cp2tform 函數(shù)完成幾何配準(zhǔn)。cp

8、select 函數(shù)顯示圖像界面，手動(dòng)在兩幅圖像的重疊部分選取配準(zhǔn)控制點(diǎn)，Matlab 自動(dòng)進(jìn)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(o：分段線性；圖(g)：局部加權(quán)平均。前 4 種為全局變換，后兩種為局部變換，如圖 I 所示，圖(a)為修正結(jié)果；圖(b)至圖(g)為對(duì)應(yīng)的變形。- 2 -武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖 1-1 cp2tform 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(jiǎn)單

9、疊加，拼按處就會(huì)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(guò)渡，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫合成。傳統(tǒng)的融合方法多是在時(shí)間域?qū)D像進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，沒有考慮處理圖像時(shí)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(shí)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(duì)圖像的模糊化，從而導(dǎo)致圖像模糊不清。 圖象融合研究的發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)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)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)。這類算法主要是利用人眼對(duì)局部對(duì)比度的變化比較敏感這一事實(shí)，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，

10、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(duì)值較大的小波系數(shù)對(duì)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(gè)方向上的高頻系數(shù)，從而達(dá)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(duì)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(duì)提高合成圖像的視覺效果具有舉足輕重的作用。- 3 -武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書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(diǎn)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(duì)值最大的原則，并對(duì)選擇方案的一致性進(jìn)行了驗(yàn)證。所謂的一致性指的是對(duì)于空間某像素點(diǎn)，其小波系數(shù)的選擇方案應(yīng)和其鄰近點(diǎn)一致。本文設(shè)計(jì)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(duì)這三種方案進(jìn)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(gè)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(jì)要求題 目:幾種圖像融合算法的 Matlab 程序設(shè)計(jì)初始條件:1、提供實(shí)驗(yàn)室機(jī)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