1、齊魯工業大學畢業設計（論文）開題報告題目：圖像拼接技術研究一圖像融合院（系）電氣工程與自動化學院專業電子信息工程班 級 電子12-1姓名詠麟學 號201202031022導 師玉謖2016年4月20日1.畢業設計（論文）題目背景、研究意義及國外相關研究情況1. 1題目背景：圖像融合是二十世紀七十年代后期提出的新概念，他是一門綜合了傳感器、 圖像處理、信號處理、顯示、計算機和人工智能等技術的現代高新技術。由 于圖像融合系統具有突出的探測優越性（時空覆蓋寬、目標分辨力與測量維數 高、重構能力好、冗余性、互補性、時間優越性以及相對低成本等），在國際 上技術先進的國家受到高度重視并已取得了相當的發展，

2、并在許多領域得到了 廣泛的應用。1. 2研究意義：圖像融合是指綜合兩個或多個多源圖像的信息，圖像融合的目的是綜合同 一個場景中的多個圖像的信息，其結果是更適合人的視覺和計算機視覺的一幅 圖像，或更適合進一步圖像處理需要的圖像。融合后的圖像更符合人或機器的 視覺特性，以利于對該圖像進一步的分析、理解以及目標的檢測、識別或跟蹤。 對圖像融合來說，融合源圖像可能是在同一個時間段，來自多個傳感器的圖像, 也可能是單個傳感器在不同時間提供的圖像序列。一般來說，圖像是對客觀實 際的一種反映，是一個不完全、不精確的描述。圖像融合充分利用多幅圖像 資源，通過對觀測信息合理支配和使用，把多幅圖像在空間或時間上的

3、互補信 息依據某種準則融合，獲得對場景的一致性解釋或描述，使融合后的圖像具有 比參加融合的任意一幅圖像更優越的性質，更精確地反映客觀實際。本文研究的重點一一多聚焦圖像的融合是圖像融合研究中一類具有代表性 的問題。由于光學鏡頭的聚焦有限，使得人們在攝影時很難得到一幅所有景物 均被聚焦的圖像。解決這個問題的有效方法是對同一場景拍攝幾幅聚焦點不同 的圖像，然后，將其融合為一幅場景所有景物均被聚焦的圖像，這種圖像融合 被稱為多聚焦圖像融合。多聚焦圖像融合的實現可以使多個不同距離的目標物 體同時清晰地呈現，這為特征提取，圖像識別奠定良好的基礎，同時有效地提 高圖像信息的利用率和系統對目標探測識別的可靠性

4、，廣泛應用于機器視覺、 數碼相機、目標識別等領域。本課題所研究的圖像融合利用小波融合算法的優越性將多聚焦圖像進行綜 合處理，從而提高圖像的清晰度和目標的可識別程度，得到在一幅場景所有場 景均清晰的圖像。利用Matlab軟件仿真，通過融合效果評價準則來不斷改進 融合算法，以得到最佳的融合效果。1. 3國外相關研究情況：圖像融合技術最早被應用于遙感圖像的分析和處理中。美國陸地資源衛星 （LAND-SAT）用多幅光譜圖像進行簡單的數據合成運算，取得了一定的噪聲 抑制和區域增強效果；美國德克薩斯儀器公司（TI）研究將紅外熱像和微光 圖像融合，來提高夜戰能力；TI公司還進行了將通用組件紅外系統與電視、采

5、 用焦平面陣列的前視紅外系統和25nlm三代微光電視系統、長波及短波紅外 視頻信號的融合試驗，取得了有益的結果；A.Toet等采用低通對比金字塔的 圖像融合方法，對野外背景坦克的可見光和紅外圖像進行了融合處理，提高了對坦克的識別能力。到了二十世紀八十年代末，人們才開始將圖像融合技術應用于一般圖像處 理（可見光圖像，紅外圖像，多聚焦圖像等）。九十年代后，圖像融合技術的研 究呈不斷上升趨勢，應用的領域也遍及遙感圖像處理、可見光圖像處理、紅外 圖像處理、醫學圖像處理等。尤其是近幾年，圖像融合技術已成為計算機視覺、 自動目標識別、機器人、軍事應用等領域的熱點研究問題。目前，圖像融合技 術在軍事上的應用

6、越來越廣泛。無論是TMD（戰區導彈防御系統）、NID（國家導 彈防御系統）那樣的大系統，還是精確制導導彈、自主式炮彈、微型軍用機器 人這樣的小系統均離不開圖像融合技術。在民用方面，圖像融合已在遙感、智能機器人等領域得到應用。例如，1997 年在火星著陸的“火星探路者”（The Mars Sojourner Rover）機器人及2004 年年初分別成功登陸的美國“勇氣”號與“機遇”號火星探測器身上都安裝了 激光束投影儀、攝像機、全景照相機、關節傳感器和加速度傳感器。在制造業，圖像融合技術可以用于產品的檢驗、材料探傷、復雜設備診斷、 制造過程監視、生產線上復雜設備和工作的安裝等；在醫學上，可通過對

7、CT 和核磁共振（MRI）圖像的融合，幫助醫生做出對疾病更為準確的診斷；圖像融 合還可用于計算機輔助顯微手術；在圖像和信息加密方面，通過圖像融合也可 實現數字圖像的隱藏以及數字水印的圖像植入；另外，圖像融合也可用于交通 管理和航空管制。隨著圖像融合技術研究的不斷深入，圖像融合技術必將會得 到更為廣泛的應用。多聚焦圖像融合技術能夠有效的提高圖像信息的利用率和系統對目標探測 識別的可靠性，廣泛應用于機器視覺、數碼相機、目標識別等領域。圖像融合 技術在我國的研究相對于國際的研究工作起步晚，還處于落后狀態。目前國防 科技大學、中科院電子所等單位已將其提上十五規劃的議事日程；電子科技大 學、理工大學將圖

8、像融合的方法用于單細胞微弱熒光圖像探測；工程兵裝備 論證研究所利用從美國引進的單鏡頭Si.CCD的多光譜攝像機，對白晝偽裝目 標的多光譜偽裝效果進行了檢驗。總的來說，學術界在圖像融合領域已取得了很大的成績，圖像融合方法也 各種各樣。但是圖像融合技術的研究還剛剛開始，有許多問題急需解決。首先, 圖像融合技術缺乏理論指導，雖然關于圖像融合技術的公開報道很多，但是每 篇文章都是針對一個具體的應用問題，對圖像融合技術還沒有一個統一的理論 框架，建立圖像融合的理論框架是目前的一個發展方向。由于圖像的特殊性， 在設計圖像融合算法時一定要考慮到計算速度和所需的存儲量，如何得到實 時、可靠、穩定、實用的融合算

9、法是目前研究的一個熱點。另外建立客觀的圖 像融合技術評價標準也是急需解決的問題。2.本課題研究的主要容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2. 1主要容：本論文的主要容包含以下幾個方面：論述了圖像融合技術的基本理論、現狀和方法，并對多聚焦圖像融合算法 做了分類，同時分析了現有的方法在多聚焦圖像融合方面的局限性詳細闡述了小波變換的多尺度和多分辨率分析的特性和在圖像小波分解 和重構原理、過程，為基于小波變換的多聚焦圖像融合打下了扎實的理論基礎。 本文對適用于多聚焦圖像融合效果評價的方法做了歸納和總結，給出了適 用于多聚焦圖像融合效果評價的一套通用的標準體系，為后續的研究工作提供 了實驗參考標準。研究

10、了小波分解層數及小波基的選擇對多聚焦圖像融合效果的影響，并給 出了在多聚焦圖像融合算法中最佳小波分解層數和小波基的選取；研究了基于 小波變換的多聚焦圖像融合方法，并提出了改進后的基于小波變換區域對比度 的多聚焦圖像融合方法，并利用Matlab工具進行算法進行了仿真實驗。 總結本論文的研究成果和不足，并指出以后的改進方向。2 . 2研究方案：1 .基于小波變換的圖像融合基于小波多尺度分解的圖像融合的方案，這里以兩幅圖像的融合為例，多 幅圖像的融合方法可據此類推：首先選取兩個源圖像進行融合得到第一個融合 結果圖像，再將該結果圖像和另一個源圖像進行融合得到第二個結果圖像，依 次類推就可以得到多幅源圖

11、像的最終融合結果圖像。其融合處理的過程是首先 對兩個源圖像進行小波變換得到它們的多分辨分解，再根據某一融合規則得到 融合后的圖像的多分辨分解，最后根據小波變換的逆變換得到融合圖像。小波變換的目的是將原始圖像分別分解到一系列頻率通道中，利用其分解 后的塔形結構，對不同分解層、不同頻帶分別進行融合處理，可有效地將來自 不同圖像的細節融合在一起。融合時，可以將被融合圖像各自攜帶的不同特征 與細節在多個分解層、多個頻帶上分別以不同算子進行融合。Campbell和 Robson的實驗表明，人的視網膜圖像就是在不同的頻率通道中進行處理的。基 于小波分解的圖像融合恰恰是在不同的頻率通道上進行融合處理的，因而

12、可能 獲得與人的視覺特性更為接近的融合效果。2 .基于金字塔式圖像融合方法圖像處理的塔形方法是由Burt和Adelson首先提出的心，其早期主要用于 圖像的壓縮處理及人或機器的視覺特性模型研究。圖像的塔形分解是一種方便 靈活的多尺度、多分辨率分解，將這種塔形分解應用于圖像處理中，可以在不 同尺度、不同空間分辨率上對源圖像進行融合處理，而且在不同分解層可以應 用不同的融合規則，這樣可能得到更符合人眼視覺系統特性的圖像；同時，融 合后圖像更有利于進一步處理和分析。在基于金字塔的多聚焦圖像融合的這類 算法中，源圖像不斷地被濾波，形成一個塔狀結果。在塔的每一層都用一種融 合算法對這一層的數據進行融合，

13、從而得到一個合成的塔式結構。然后對合成 的塔式結構進行重構，得到合成圖像。金字塔融合法包括拉普拉斯金字塔法問、 梯度金字塔法、比率低通字塔法“小刈閭、形態學金字塔法.等。其中拉普拉斯 金字塔是從高斯金字塔分解派生出來的，是比較常用的，但由于拉普拉斯金字 塔的圖像融合法由于層間分解量之間具有相關性，會導致融合結果沒有小波變 換理想。下面介紹基于拉普拉斯金字塔分解的多聚焦圖像融合方法間。步驟如 下：(1)建立圖像的高斯塔形分解；(2)由高斯金字塔建立圖像的拉普拉斯金字塔四； (3)基于拉普拉斯金字塔的圖像融合算法。3 .預期成果形式學會并且能用運用圖像融合中各個環節的算法，找出一個運算效率較高的算

14、 法。在熟悉MATLAB的使用及相關函數的使用方法后，如何將算法融入程序中。用MATLAB編寫程序時，對錯誤的程序進行分析并進行改正視頻拼圖中的圖 像融合需要同時滿足兩個目的:使生成圖像中不存在突兀的拼縫;盡量降低 生成圖像與原始圖像之間的失真度。也就是說，既要保證存在色差的圖像之間實 現色彩平滑過渡，但又不能過分地平滑圖像，否則會導致平滑區域的像素值和原 始圖像的像素值之間差異太大，丟失紋理細節，造成圖像失真。4.研究工作進度第1周：查閱相關資料；第23周：提出基本思想，完成開題報告的撰寫；第4周：準備開題答辯；第5-12周：使用Matlab進行程序的編寫；第13周：準備中期答辯，中英文翻譯

15、；第14T5周：軟件程序的編譯及調試；第16-17周：調試整個系統的功能，撰寫畢業論文；第18周：進行畢業論文答辯。頁腳5.主要參考文獻：5 Blinn J F. Light reflection functions for simulation of clouds and dusty surfacesC/Proceedings of SIGGRAPH, 1982： 21-29.6 Max N. Optical models for direct volume renderingJ. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphic

16、s, 1995, 1： 99-108.7 Max N. Light diffusion through clouds and hazeC/Computer Vision, Graphics, and Image Processing, 1986： 280-292.8尤賽，福民.基于紋理映射與光照模型的體繪制加速算法J.中國圖象圖形學報，2003, 8 (9).8 Chao R, Zhang K, Li Y J. An image fusion algorithm using wavelet transformJ. Area Electronical Sinica, 2004, 32： 750-753.9 Hill P, Canagarajah N, Bull D. Image fusion using complex wave1etsC/British Machine Vision Conference, Cardif, 2002.5梁棟，瑤，敏，等.一種基于小波-Contourlet變換的多聚焦圖像 融合算法J.電子學報，2007, 35 (2): 320-322.6杰,龔聲蓉，純平.一種新的基于小波變換的多聚焦圖像融合 算法J.計算機工程與應用，2007