摘 要

图像融合技术是上世纪七十年代末提出的一种新技术，它的核心思想就是采用一定的融合算法，将多个不同的源图像融合为一个新图像，从而使融合后的图像满足特殊的需求。近年来，有一种新方法被提出，这种方法通过提高场景中不同图像的冗余信息信噪比来获得更可靠的融合结果。还有一种方法，利用互补信息使融合后图像包含的信息更加丰富、更加全面。因此，实用有效的融合技术是图像融合技术研究的关键。

本文在详细论述基于方向可调滤波器的图像融合技术之前，首先简要介绍了一些常用的图像融合算法，例如简单平均法和小波变换法。介绍这些算法的原理和实现过程，并给出融合效果图例。然后介绍了方向可调滤波器的基本原理和局部方向能量的概念，方向可调滤波器被用于分析图像中的线特征及点特征。在重点章节着重介绍了方向可调滤波器，它是由一组基滤波器线性组成，并拥有能够任意旋转的方向性。正是因为基滤波器之间有一定的重叠，从而保证了方向可调滤波器运行的稳定性。

随后讨论了基于方向可调滤波器的含噪图像融合方法。对含噪图像进行消噪后融合，因此这部分的讨论分为两节，这也是本文的两点重点：第一点，根据噪声的奇异性的特征，采用一种基于方向可调滤波器的局部中值滤波方法，在消除噪声的同时，较好地保存了源图中的有用特征；第二点，使用了一种基于方向可调滤波器的图像融合技术，不仅消除了噪声，还把两幅图像中的有用特征一起融合到一幅更为清晰的图像中。

本文最后针对源图像做了一个仿真实验，采用了本文算法及其他经典的融合算法一起进行仿真实验，并对结果进行了对比和分析。从融合结果可以看出，本算法具有较好的消噪能力、保存并增强源图中的特征，与其它融合算法相比，融合结果具有相近或更好的图像增强效果。

关键词: 图像融合 方向可调滤波器 消噪 图像增强

Abstract

Image fusion technology is a new technology proposed in the late 1970s. Its core idea is to use a certain fusion algorithm to fuse multiple different source images into a new image, so that the merged image can meet special requirements. demand. In recent years, a new method has been proposed which achieves a more reliable fusion result by increasing the redundant information signal-to-noise ratio of different images in the scene. There is also a method of using complementary information to make the information contained in the fused image richer and more comprehensive. Therefore, practical and effective fusion technology is the key to the research of image fusion technology.

Before discussing the image fusion technology based on directional tunable filter in detail, this paper first introduces some commonly used image fusion algorithms, such as simple averaging method and wavelet transform method. Introduce the principle and implementation process of these algorithms, and give a legend of the fusion effect. Then the basic principle of the directional tunable filter and the concept of local directional energy are introduced. The directional tunable filter is used to analyze the line features and point features in the image. The directional tunable filter is highlighted in the key chapters. It consists of a set of base filters linearly and has directionality that can be rotated at will. It is precisely because of the certain overlap between the base filters that the stability of the directional tunable filter is guaranteed.

The noisy image fusion method based on directional tunable filter is then discussed. The noise-canceling image is denoised and fused, so the discussion in this part is divided into two sections. This is also the two points of this paper: First, according to the singularity of noise, a directional-tunable filter is used. The local median filtering method preserves the useful features in the source image while eliminating noise. Secondly, an image fusion technique based on the directional tunable filter is used, which not only eliminates noise, but also The useful features in the two images are combined together into a sharper image.

At the end of the thesis,a simulation experiment was performed on the source image. The simulation algorithm uses this algorithm and other classical fusion algorithms. and the results are compared and analyzed. It can be seen from the fusion results that the algorithm has better noise cancellation capability, preserves and enhances the features in the source image. Compared with other fusion algorithms, the fusion results have similar or better image enhancement effects.

Keywords: Image fusion Steerable filters Eliminate noise Image enhancement

目录

第1章 绪论 1

1.1 图像融合的目的及意义 1

1.2 图像融合的研究现状 2

1.3 研究内容 3

1.4 本章节内容安排 4

第2章 图像融合的理论基础 5

2.1 图像融合的概念 5

2.2 图像融合的常用方法 8

2.2.1 常用的图像融合方法介绍 8

2.2.2 小波变换法 9

2.3 本章小结 11

第3章 基于方向可调滤波器的图像融合算法 12

3.1 方向可调滤波器 12

3.1.1 方向可调滤波器的简介 12

3.1.2 方向可调滤波器与特征检测 12

3.1.3 方向可调滤波器的结构设计 13

3.2 基于方向可调滤波器的图像特征及特性方向分析 15

3.2.1 计算局部方向能量的过程 16

3.2.2 局部方向能量和特征质量 16

3.3 图像消噪算法 17

3.3.1 中值滤波的基本原理 17

3.3.2 改进中值滤波算法 18

3.4 用方向可调滤波器进行改进的图像融合算法 20

3.4.1 基于图像特征点的配准 21

3.4.2 改进的图像融合算法 21

3.5 本章小结 21

第4章 仿真实验及结果分析 22

4.1 实验的评价指标 22

4.2 实验所用程序及分析 22

4.3 具体实例及分析 24

4.3.1 动漫人物肖像的融合 24

4.3.2 高中校园图像的融合 26

4.4 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 图像融合的目的及意义

图像融合技术指的是将多源信道所获取的图像，采用一定的技术手段，提取处理后的各个信道的信息[1]，并将有用信息和特征进行保存，融合在同一幅图像内，以便进一步分析和处理。

这种技术可以融合各个探测器得到的源图像，同时也减少了图像间的冗余信息，继而保留各图像的有用信息，最终得到一个包含源图像中更丰富信息的图像[2]。其中定义的源图像指的是：通过不同的探测器收集到的关于待测物体的信息和数据，在不同的成像原理和不同的物理特性下得到的图像。各种源图像的信息，由于在工作时各异的波长范围，在不同的图像传感器处理之后也是会得到不同的信息的[3]。（即使在同一个场景中）这些数据在经过适当的处理之后，得到的融合图像将会更适合人类的视觉以及计算机的识别和处理。

图像融合技术各方面的优点使得它在计算机检测、军事、遥感图像、医学研究等方面有用巨大的潜力[4]，尤其在计算机领域，图像融合技术被认为是攻克一些难关的关键所在；在航天航空等一些运载平台上，通过遥感器所获得的大量遥感图像的融合处理，为更加高效地获取信息提供了一个有效的手段，且事实证明，图像融合技术对于遥感图像方面确实有不可取代的地位[5]。另一方面，优秀的图像融合算法能够根据不同的需要，处理多传感器收集的图像信息，从而有效降低了冗余信息的比重，提高了信噪比，同时在整体上对目标的探测、识别将会变得更加可靠，整体系统的自动化程度也将得到明显提高。综上所述，使用图像融合技术的目的是为了将单一传感器的多波段信息或者多传感器提供的信息进行综合、有效的处理。不仅仅是降低冗余，同时也消除了多传感器所获取信息之间存在的矛盾，使信息的描述更清晰、完整和准确。