CN112017139A - 一种红外与可见光图像感知融合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外与可见光图像感知融合方法,所述方法包括以下步骤,(1)、利用非下采样剪切波变换分解源图像
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为高频图像
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和低频图像
Figure DEST_PATH_IMAGE006
;(2)、通过对高频图像
Figure DEST_PATH_IMAGE008
执行参数自适应融合脉冲耦合神经网络来获取融合的高频图像
Figure DEST_PATH_IMAGE010
;(3)、通过对低频图像
Figure DEST_PATH_IMAGE012
执行高斯滤波器和双边滤波器的多尺度变换融合来获取融合的低频图像
Figure DEST_PATH_IMAGE014
;(4)、将融合后的高频图像
Figure 594280DEST_PATH_IMAGE010
和低频图像
Figure 511421DEST_PATH_IMAGE014
经过非下采样剪切波逆变换重构得到融合图像
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。本发明的有益效果:该方法得到的融合图像能充分将源图像细节信息融合,背景和目标信息更加丰富,是一种切实可行的红外和可见光融合方法。

Description

一种红外与可见光图像感知融合方法
技术领域
本发明涉及图像融合技术领域,具体涉及一种红外与可见光图像感知融合方法。
背景技术
在多传感器信息融合应用中红外与可见光图像融合是一项重要的技术。由于红外传感器能够捕获物体发出的热辐射,可以更清晰地检测出弱光克服一些障碍并且昼夜工作。可见光传感器在可见光谱中提供描述场景的更多细节,呈现出与人类视觉一致的自然强度和对比度。将红外和可见光图像信息整合到单幅图像中,不仅可以构建出更完整的图像以准确描述场景,而且有益于后续的应用比如目标检测等。
目前的红外与可见光图像融合方法主要分为两大类:变换域算法融合和空间域算法融合。本专利研究的主要是变换域算法融合。变换域算法融合的基本步骤如下:首先将源图像变换成特定的子图像,然后利用融合规则对子图像进行变换处理,最后利用逆变换得到融合图像。由于红外与可见光图像呈现的是同一场景下的不同内容信息,通过变换域算法进行处理融合,通常能够获得较好的融合成像效果。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种红外与可见光图像感知融合方法,本方法得到的融合图像可以有效提高红外和可见光图像融合后的细节,并增强红外特征的提取以契合人体的感知视觉。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为:一种红外与可见光图像感知融合方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
(1)分解源图像:首先将源图像进行严格配准;其次通过非下采样剪切波变换得到高低频图像;
(2)高频图像的融合:首先将高频图像XH(X∈{IR,VIS})当中像素强度的绝对值作为输入神经元激励代入脉冲耦合神经网络;其次利用参数自适应迭代运算得到每次自适应迭代的着火时间;然后将着火时间作为融合选择条件;最后获取融合后的高频图像FH
(3)低频图像的融合:首先联合使用高斯滤波器和双边滤波器分解低频图像XL(X∈{IR,VIS})得到边缘信息图像和细节信息图像
Figure BDA0002680349990000021
以及残留基础信息图像
Figure BDA0002680349990000022
其次计算边缘信息图像和细节信息图像
Figure BDA0002680349990000023
以及残留基础信息图像
Figure BDA0002680349990000024
每个尺度方向上的显著红外光谱特征;然后将显著红外谱特征归一化后代入非线性函数;最后利用高斯函数与非线性函数卷积计算权重参数得到融合后的低频图像FL
(4)重构源图像:通过融合后的高频图像FH和低频图像FL经过非下采样剪切波逆变换重构源图像。
此外,本发明的技术方案另外一种方案表述为:一种红外与可见光图像融合方法,所述方法包括以下步骤:假定红外图像为A,可见光图像为B。
Step1:基于NSST红外和可见光图像分解:利用NSST分别对红外图像A和可见光图像B分解得到红外图像的高频分量AH与低频分量AL和可见光图像的高频分量BH与低频分量BL
Step2:高频分量变换融合:利用参数自适应融合脉冲耦合神经网络(PA-PCNN)对红外图像的高频分量AH和可见光图像的高频分量BH进行融合变换得到高频分量FH
Step3:低频分量变换融合:通过联合重复使用高斯滤波器和双边滤波器多尺度变换对红外图像的低频分量AL和可见光图像的低频分量BL进行多尺度变换融合得到低频分量FL
Step4:高低频分量融合:高频分量FH与低频分量FL进行NSST反变换得到融合图像F。
与现有的技术相比,本发明的有点是:本发明提出了一种新的红外与可见光图像融合方法,在该方法中我们首先选取NSST变换将源图像分解,获得高低频分量;其次高频分量的融合采用参数自适应融合脉冲耦合神经网络(PA-PCNN)融合,以提高成像细节;而低频分量的融合通过联合使用高斯滤波器和双边滤波器进行多尺度变换融合,将低频分量分解为多尺度纹理细节和边缘特征,捕获更多的多尺度红外光谱特征;最后对分别处理后的高低频分量经过NSST逆变换获取融合图像。该方法得到的融合图像能充分将源图像细节信息融合,背景和目标信息更加丰富,是一种切实可行的红外和可见光融合方法。
附图说明
此处所说明的附图用于提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的融合算法基本框图。
图2为本发明的简易PA-PCNN模型结构图。
附图标注:A:红外图像,B:可见光图像,AH:红外图像高频分量,AL:红外图像低频分量,BH:可见光图像高频分量,BL:可见光图像低频分量,FH:融合图像高频分量,FL:融合图像低频分量,F:融合图像。Fij[n]/Lij[n]:第n次迭代中(i,j)位置上的神经元的馈入输入和连接输入,Sij:输入的图像。VL:连接输入幅度,Lij[n]:内部激励阀值,Wijkl:突触权重常量,αf:指数衰减系数,β:神经元的连接强度,Yij[n]:着火条件,αe/VE:模型输出高频分量Eij[n]的指数衰减系数/幅度值。
具体实施方式
以下将配合附图及实例来详细说明本说明的实施方式,籍此对本说明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
一种红外与可见光图像感知融合方法:
Step1:基于NSST分解
利用NSST分别对红外图像A和可见光图像B分解得到红外图像的高频分量AH与低频分量AL和可见光图像的高频分量BH与低频分量BL
Step2:高频分量融合
(1):将红外图像A可见光图像B经NSST分解后的高频分量以像素强度的绝对值作为激励输入PA-PCNN网络,得到每次自适应迭代的着火条件Yij[n];
Fij[n]=Sij (1)
Figure BDA0002680349990000041
Figure BDA0002680349990000042
Figure BDA0002680349990000043
Figure BDA0002680349990000044
(2):利用PA-PCNN模型自适应迭代计算着火时间Tij[n];
αf=log(1/σ(S)) (6)
Figure BDA0002680349990000051
Figure BDA0002680349990000052
Figure BDA0002680349990000053
Tij[n]=Tij[n-1]+Yij[n] (10)
(3):把着火时间Tij[n]作为选择条件,得到PA-PCNN处理后的高频分量。
Figure BDA0002680349990000054
其中n为迭代次数,
Figure BDA0002680349990000055
Figure BDA0002680349990000056
分别为红外和可见光图像经PA-PCNN变换后的高频分量,
Figure BDA0002680349990000057
为融合后的高频分量FH
Step3:低频分量融合
(1)对低频分量利用高斯滤波器和双边滤波器进行边缘和细节以及基础层分解;
Figure BDA0002680349990000058
Figure BDA0002680349990000059
Figure BDA00026803499900000510
Figure BDA00026803499900000511
Figure BDA00026803499900000512
Figure BDA0002680349990000061
Figure BDA0002680349990000062
Figure BDA0002680349990000063
Figure BDA0002680349990000064
其中||||表示二范数,||表示绝对值,P表示图像I像素,q为在空间和强度上对P像素有影响的临近像素,σs和σr分别表示在空间和距离上的高斯标准差,分别控制着临近像素q的空间差异和强度差异,Ω表示图像尺寸大小。j表示次数,Wg和Wb分别为高斯滤波器和双边滤波器的参数设置,D(j+1,0)和D(j,1)分别表示去除双边滤波器处理的细节特征图像和附加边缘特征的图像,BS表示为经过上述(12)-(20)处理后残留的基础信息图像。
(2):计算每个尺度方向上的显著红外光谱特征Rj
Figure BDA0002680349990000065
(3):将Rj归一化为Pj
Figure BDA0002680349990000066
如果Pj(x)>0,在进行分解的尺度水平层数j上,x处有红外光谱信息注入到融合图像当中;
(4):利用高斯函数与非线性函数卷积计算权重参数Cj,实现低频分量的融合。
Sλ(α)=arctan(λα)/arctan(λ) (23)
Figure BDA0002680349990000067
Figure BDA0002680349990000068
(5):重构残留基础信息BS;
Figure BDA0002680349990000071
Figure BDA0002680349990000072
BS=CbBSA+(1-Cb)BSB (28)
(6):重构低频融合图像;
Figure BDA0002680349990000073
其中j=N,表示分解的层数,最后通过公式(20)得到融合后的低频分量FL
Step4:基于NSST逆变换重构融合图像
利用NSST逆变换对融合后的高频分量FH和融合后的低频分量FL进行逆变换得到重构融合图像F。
本发明的有益效果是:本发明提出一种新的红外与可见光图像感知融合方法,在该方法中,我们首先利用NSST域精准分解源图像,其次高频部分采用PA-PCNN的自适应提高成像细节质量,低频部分采用多尺度变换捕获红外光谱信息,最后通过NSST逆变换得到融合图像。该方法得到的融合图像更符合人的视觉感知,并且能运用于图像融合的目标检测中。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明,但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例,其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种红外与可见光图像感知融合方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
(1)分解源图像:首先将源图像进行严格配准;其次通过非下采样剪切波变换得到高低频图像;
(2)高频图像的融合:首先将高频图像XH当中像素强度的绝对值作为输入神经元激励代入脉冲耦合神经网络;其次利用参数自适应迭代运算得到每次自适应迭代的着火时间;然后将着火时间作为融合选择条件;最后获取融合后的高频图像FH;其中XH中的X∈{IR,VIS};
(3)低频图像的融合:首先联合使用高斯滤波器和双边滤波器分解低频图像XL得到边缘信息图像和细节信息图像
Figure FDA0002680349980000011
以及残留基础信息图像
Figure FDA0002680349980000012
其次计算边缘信息图像和细节信息图像
Figure FDA0002680349980000013
以及残留基础信息图像
Figure FDA0002680349980000014
每个尺度方向上的显著红外光谱特征;然后将显著红外谱特征归一化后代入非线性函数;最后利用高斯函数与非线性函数卷积计算权重参数得到融合后的低频图像FL;其中XL中的X∈{IR,VIS};
(4)重构源图像:通过融合后的高频图像FH和低频图像FL经过非下采样剪切波逆变换重构源图像。
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