撒光與光電字學進展
中國雷射》雜誌社
基於ｎｓｃｔ的紅外與可見光影象融合方法研究
陳木生 。蔡植善
泉州師範學院物理與資訊工程學院，福建泉州３６２０００資訊功能材料福建省高校重點實驗室，福建泉州３６２０００
摘要針對紅外與可見光融合的特點，提出一種基於非下取樣變換（ｎｓｃｔ）和區域能量判斷的影象融合
方法。利用ｎｓｃｔ變換對兩原影象進行分解，得到乙個低頻子影象和多個不同方向的高頻子影象，對低頻子帶採用
最大值的方法進行融合，而高頻子帶先計算各個係數的區域能量匹配度，再計算判斷閾值。當高頻係數中各點的匹配度大於閾值時，採用區域能量加權融合方法；當對應點的匹配度小於閾值時，採用區域能量最大值的方法進行融合，通過ｎｓｃｔ逆變換獲得融合影象。該方法的特點是演算法簡單，閾值選取具有自適應性。
實驗結果表明該方法能夠取得較好的視覺效果和量化資料，相比於其他基於ｎｓｃｔ的融合方法，熵值提高了空間頻率提高了１％～
１３％，標準方差提高了０～２４．１％，是一種簡單有效的融合方法。關鍵詞
影象處理；非下取樣輪廊波變換；影象融合；紅外影象；可見光影象；區域能量
中圖分類號
ｔｐ３９ｌ
文獻標識碼ａ一
ｌ 引言
影象融合技術是將多個不同感測器所獲取的影象中有用的資訊融合到一幅影象中，使融合後的影象相
對於單一原影象包含更多的資訊，更適合於視覺感知和計算機後續處理，目前已廣泛應用於遙感、軍事、醫學等方面 。在變換域影象融合方法中，小波變換和變換都是比較主流的融合方法。小波變換作為一種影象多尺度幾何分析工具，具有良好的空域和頻域的局域性，在影象融合中能夠得到較好的效
收稿日期：２０１４—１卜２５；收到修改稿日期：２０１５—０１一ｌ７；網路出版日期
**專案：福建省科技重點專案福建省教育廳ａ類科研專案泉州市科技專案校重點學科電子科學與技術，福建省校企合作實踐教學基地
作者簡介：陳木生（１９８０一），男，碩士，副教授，主要從事影象融合、數字水印等方面的研究通訊聯絡人
ｏ６】００２一】
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果。但小波變換也有侷限性，它只能反映訊號的零維奇異性，即只能反映奇異點的位置和特性，但在表示圖
像結構的直線和曲線奇異性時卻不是最優的，難以表達影象中邊緣的細節資訊，在影象融合中通常會產生塊狀效應，降低了融合結果的質量變換雖然具有良好的多方向性，可以實現靈活的多分辨、多
方向分解，得到影象中本質的幾何特徵，變換的最終結果是利用類似於線段的基結構來逼近原影象，但是由於它存在頻繁取樣，不僅不具有平移不變性，而且會產生頻譜混淆，在影象處理中容易產生偽吉布斯現象，導致影象失真」１。針對這一缺點，ｃｕｎｈａ等提出了具有平移不變換性的多尺度、局域的、多方向的影象稀疏表示方法即非下取樣變換可以準確地表徵影象的邊緣訊號和紋理特徵，適合於
表達具有豐富細節和方向資訊的多感測器影象，應用於影象融合時，不會產生振鈴和抖動現象。
紅外與可見光影象融合的主要目的是在儲存可見光影象的基礎上，更好地嵌入紅外目標部分。日標的紅外輻射強度與其週同自然背景的輻射強度無關，且一般都高於背景的輻射強度。可認為背景處於訊號的低頻部分，而目標處在影象的高頻部分，紅外目標的基本特徵表現ｍ多尺度性和較強的方向性，『太ｉｉｉｉ『基於
ｎｓｃｔ變換的紅外與可光影象融合方法可以得到較好的效果。影響影象融合質量的關鍵是ｎｓｃｔ變換後高、低頻係數的融合規則，如何選取融合岡像巾的高、低頻係數是目前的乙個研究熱點和研究方向。一學者提ｆｆｊ了變權重的ｎｓｃｔ變換的方法，這些方法均實現了不同影象的冗餘資訊互補，日標對比度得到了增
．強，但背景清晰度沒有提高。為了同時達到對比度增強和提高清晰度的目的…，本文提ｆ｛ｊ了一種於ｎｓｃｔ和區域熵的影象融合方法，該方法的主要特點是簡單、閾值選取具有自適應性。
土ｂ點．ｍ齜吼．回圓
．皇．ｍ盯ｂｍ吼
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２非下取樣變換
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ｎｓｃｔ是通過非下取樣的拉普拉斯金寧塔分解和非下取樣的方向濾波器組來實現的，變換過程如圖ｌ
所示，首先採用非下取樣的拉普拉斯金字塔分解來實現影象的多尺度分解，得到影象的低頻子罔像和高頻子影象，再利用非下取樣的方向濾波器對各個高頻子影象進行分解，得到多方向子帶影象。卡ｈ對於變換，ｎｓｃｔ採用非下取樣濾波器組，在分解和重構過程中不存在上、下取樣，而具有較好的多方向性、多尺度性和平移不變性，是一種影象稀疏表達技術 ＿。
１ ｎｓｃｔ分解過程。（ａ）方框圖；（ｂ）產生的頻分
影象經ⅳ級ｎｓｃｔ分解後，町得到１個低頻子影象和∑２個高頻子影象，其中２，為尺度下的方向分解
ｊ＝ｉ級數，低頻子影象代表著影象的輪廓資訊，高頻子影象代表著影象的細節資訊。岡而影象經ｎｓｃｔ變換後，
．可得到１＋２ 子影象，並且每個子影象的大小與原始輸入影象的大小一樣，從子影象中可以看ｆ｛ｉ原始影象
各個畫素點的特點，有利於影象融合演算法沒汁並取得較好的結果。網２表示２級ｎｓｃｔ分解，第１層和第２層的方向數分別為２和４ 。
３基於ｎｓｃｔ的紅外與可見光影象融合方法
研究了適應於背景區域較為清晰的可見光影象和目標區域較為清晰的紅外光影象，的融合，最終獲得背景資訊和日標都較為清晰的影象。其融合步驟為
１１對可見光影象ｖ、紅外影象，分別進行ｎｓｃｔ變換，分解層數為ｔ，可得：
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罔２（ａ）原圖；（ｂ）低頻子圖；（ｃ）第１層分解子圖；（ｄ）第２層分解子罔
一ｖ（ｘ，）＝三
，（１）
日），（２）
式巾 、ｒ代表分解尺度和方向數。
２）原影象經ｎｓｃｔ分解後，低頻代表影象的基本輪廓資訊，佔據著影象的大部分能量，即紅外影象與可
光影象的背景資訊。由於可見光影象巾背景區域較為清晰，而紅外影象中日標部分具有較大的能量和灰度值，為了能夠較好地儲存紅外目標資訊和可見光背景影象，採用簡單的最大值方法進行融合即：
＇ｌｙ．
（３）３）ｎｓｃｔ分解後得到的各個高頻子帶影象背景能量比較低，但卻包含了主要的目標能量。當畫素點為目標點時，區域性離散性較大同時熵值也較大，當畫素點為邊緣點時，區域性離散性適巾但熵值較小。此時，背景點卻表現出區域性離散性小但熵值較大的現象。
主要原因為，雖然背景處於影象的低頻資訊中，但是高頻巾仍有部分弱小的能量殘留，背景點在各個方向中的小波係數以一致性的弱小值的形式存在，岡此呈現出
熵偏高的現象。考慮到目標點區域性離散性遠遠大於背景點，因而採用根據區域能量配度進行判斷的高頻融合演算法，演算法表示為：
①在高頻子影象巾，分別以點（，ｙ）為中心，取３￣３５／７／］￣的子塊，並計算兩低頻子塊的
區域能量，得到ｅｉ＂（，ｖｙ）和ｅｉ（，ｙ）。
②計算點高頻子影象各點（，ｙ）的能量匹配度ｍ為
叭 ｙ，
、（４）／２
ｖ２』（５）③計算高頻子影象的能量匹配度判斷閾值
ｔ＝ｍ＋．（ｍ），
（６）式巾ｍ表示平均值，）表示標準方差。
④在高頻子岡像巾，融合影象的高頻子影象為 ｆ（，ｙ），當ｍ（ｘ，ｙ）≥ｔ時，說明兩高頻
分量都對應於背景部分，採用的融合規則為㈧：
：：（７）０６１００２—３
雷射與電子學進展
當ｍ（，ｙ）＜ｔ時，採用的融合規則為∥＝
．ｅｓｌｅ
（８）４）對融合處理後得到的低頻和高頻係數進行逆變換，得到融合後的影象。
４ 實驗結果
為了驗證融合方法的正確性和有效性，針對同一場景的灰度ｈｒ見光影象【罔３（ａ）和圖４（ａ）】和紅外影象
【圖３（ｂ）和罔４（ｂ）】，分別採用本文方法、文獻【２】方法為方法一（一種新的紅外與口『見光影象融合演算法）、文獻
【３】方法為方法二（基於區域性能量的多層級紅外與可見光影象融合演算法）、文獻【６】為方法三（基於
罔４第二**像的融合結果
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激興與興電字學進展
朱康，賀新光．基於係數區域性特徵的選擇性遙感影象融合演算法【ｊ】．雷射與光電子學進展
陳天華，林雨辰．基於ｎｓｃｔ變換的紅外與可見光影象融合方法【ｊ］．北京交通大學學報
李翠，紀峰，常霞，等．基於非下取樣變換的醫學影象融合【ｊ］．雷射與光電子學進展
卜４．張勇，馬東璽，閆鵬程，等．面向目標探測視覺任務的灰度夜視融合影象質量客觀評價方法［ｊ］．光學學報
ｓ２ｌｌ００４．
欄目編輯：蘇岑
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