多聚焦图像像素级融合算法研究

【摘要】多聚焦图像融合是多源图像融合领域的一个重要分支,主要用于同一光学传感器在相同成像条件下获取的聚焦目标不同的多幅图像的融合处理。由于聚焦范围有限,光学成像系统不能将焦点内外的所有目标同时清晰成像,导致图像分析时需要耗费大量时间和精力。多聚焦图像融合是一种解决光学成像系统聚焦范围局限性问题的有效方法,可以有效提高图像信息的利用率,扩大系统工作范围,增强系统可靠性,更加准确的描述场景中的目标信息。目前,该技术广泛应用于交通、医疗、物流、军事等领域。多聚焦图像像素级融合是多聚焦图像融合的基础,它获得的原始信息最多,能够提供更多的细节信息。如何准确定位并有效提取源图像中的聚焦区域是多聚焦图像像素级融合的关键。由于受图像内容复杂性影响,传统的多聚焦图像像素级融合方法很难对源图像中聚焦区域准确定位,且融合图像质量并不理想。本论文针对现有多聚焦图像像素级融合方法存在的不足,在空间域内对多聚焦图像像素级融合算法进行了深入研究。论文主要研究内容如下：1、提出了基于鲁棒主成分分析(RobustPrincipalComponentAnalysis,RPCA)与脉冲耦合神经网络(PulseCoupledNeuralNetwork,PCNN)的多聚焦图像融合算法。根据RPCA构建的低维线性子空间可表示高维图像数据,增强目标特征信息,对噪声具有鲁棒性的特点,将源图像在RPCA分解域的稀疏特征作为PCNN神经元的外部输入,并根据PCNN神经元的点火频率来定位源图像中的聚焦区域,增强了融合算法对噪声的鲁棒性,提高了融合图像质量。2、提出了基于RPCA与四叉树分解相结合的多聚焦图像融合算法。利用源图像稀疏矩阵的区域一致性进行块划分,有利于提高聚焦区域信息提取的完整性和准确性。此外,四叉树分解用树结构存储图像块划分结果,有利于提高源图像递归剖分的效率。该算法在自适应确定最优分块大小的基础上,利用稀疏矩阵各稀疏矩阵子块的局部特征检测源图像的聚焦区域,抑制了“块效应”对融合图像质量的影响,取得了良好的融合效果。3、提出了基于图像分解的多成分图像融合算法。利用基于(Rudin-Osher-Fatemi,ROF)模型的SplitBregman算法将源图像分解为卡通和纹理部分,用卡通成分和纹理成分中像素邻域窗口的梯度能量(EnergyofimageGradient,EOG)检测聚焦区域像素,并根据融合规则对这些像素进行融合,将融合后的卡通和纹理部分合并实现图像融合。该算法提高了融合算法对源图像几何特征描述的完整性,提升了融合算法性能,改善了融合图像的视觉效果。4、提出了基于非负矩阵分解(NegativeMatrixFactorization,NMF)和聚焦区域检测的多聚焦图像融合算法。利用NMF的纯加性和稀疏性,对多聚焦图像进行初始融合,利用初始融合图像与源图像间的差异图像的局部梯度特征检测聚焦区域,根据融合规则将检测到的聚焦区域进行合并得到最后的融合图像。该算法提高了聚焦区域检测准确性,改善了传统NMF融合算法所得融合图像对比度,提高了融合图像质量。最后,对本文的主要研究工作和创新点进行总结,并对未来研究方向进行了展望。
【作者】张永新；
【导师】陈莉；
【作者基本信息】西北大学，计算机软件与理论，2014，博士
【关键词】鲁棒主成分分析；四叉树分解；脉冲耦合神经网络；图像分解；非负矩阵分解；

【参考文献】
[1]褚翔.西藏中职学校教师培训需求分析及问题、对策研究[D].天津职业技术师范大学,职业技术教育学,2013,硕士.
[2]李莹.城市生态安全评价研究[D].浙江理工大学,区域经济学,2014,硕士.
[3]张伟强,马建国,刘淑娟,武里鹏,谢海辉,温佳丽.改性石墨烯海绵材料对铀的吸附研究[J].东华理工大学学报(自然科学版),2014,02:230-235.
[4]付晓平.西部省域城乡一体化发展水平测度研究[D].西北大学,政治经济学,2013,硕士.
[5]蒲树军.中国特色社会主义文化观及其当代价值[D].内蒙古农业大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[6]袁晓宇,张哨楠,孟祥豪,王众.一种添加修正项的Gardner公式[J].石油地球物理勘探,2013,02:279-282+332+160.
[7]宋新蕾.代课教师清退政策的制度伦理分析[D].华中师范大学,教育学原理,2014,硕士.
[8]黄琼.浙江省风电发展战略研究[D].浙江工业大学,2013.
[9]黄晓静.清初志怪传奇小说中的离魂故事研究[D].陕西理工学院,中国古代文学,2013,硕士.
[10]崔宝玉,刘峰.快速发展战略选择下的合作社政府规制及其改进[J].农业经济问题,2013,02:49-55+111.
[11]焦玉涛.2012-2013赛季欧洲五大联赛冠军球队进攻特征的分析[D].华中师范大学,体育教育训练学,2014,硕士.
[12]何亚浩.曲靖烤烟专业化烘烤组织形式研究[D].河南农业大学,烟草学,2012,硕士.
[13]闫丽波.三断岭隧道超浅埋偏压段加固方法及施工安全控制技术研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[14]高爱娟.企业人员招聘程序与方法问题的研究[D].首都经济贸易大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[15]余越美.双调控携带IL24基因的溶瘤腺病毒靶向结肠癌的抗癌研究[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[16]余传文.PCS-8000过程自动化计算机控制系统[J].冶金自动化,1988,02:15-19.
[17]包婷.新型CO优先氧化催化剂的构建及性能研究[D].大连理工大学,精细化工,2013,硕士.
[18]陈韦韦.水稻小粒矮杆突变体sgdl（t）的表型分析及基因精细定位[D].南京农业大学,作物遗传育种,2011,硕士.
[19]葛林.WebQuest模式下培养学生高阶思维能力的方法研究[D].东北师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[20]周文云.新型软开关变频器研究[D].西安理工大学,电力电子与电力传动,2003,硕士.
[21]薛慧亮.犬附红细胞体形态学观察及PCR诊断方法的建立[D].吉林大学,兽医,2014,硕士.
[22]罗云波.计算机操作系统安全事件关联分析研究[D].四川大学,2004.
[23]曹建平,马义才,李亦学,石铁流.计算方法在蛋白质相互作用研究中的应用[J].生命科学,2005,01:82-87.
[24]裴广畅.IgA肾病肾脏淋巴管新生和异位淋巴结形成与病变程度、预后相关[D].华中科技大学,肾脏病学,2013,博士.
[25]王伟.基于FPGA的DVB-T发射机的设计与实现[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[26]潘瑞雪.溶出度实验结合计算机模拟技术评价国产β-内酰胺类抗生素的生物等效性[D].中国食品药品检定研究院,药物分析,2013,硕士.
[27]龙燕.困境中的暴力求本真—《土生子》的存在主义解读[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[28]张鸿烈.合成声波记录的精确制作方法[J].石油地球物理勘探,1995,S2:76-83+181.
[29]徐伟静.劳务派遣法律规制研究[D].沈阳师范大学,法律,2014,硕士.
[30]陈磊.C公司质量管理体系改进研究[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[31]侯东旭.飞机柔性零件装配偏差的统计分析技术研究[D].南京航空航天大学,航空宇航制造工程,2013,硕士.
[32]张薇.完善我国商品房预售制度的法律思考[D].北京交通大学,2008.
[33]LauraSanchezEstrada.一家超细纤维贸易公司的战略分析[D].宁波大学,MBA（专业学位）,2013,硕士.
[34]袁飞.票据行为形式要件研究[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[35]乔强.文化产业发展的制度创新研究[D].河北经贸大学,政治经济学,2013,硕士.
[36]董泓伸.会计信息透明度的信号传递效应研究[D].东北师范大学,企业管理,2012,硕士.
[37]张兰玉.学生译员在英汉交传中笔记自动化程度对译语产出的影响[D].沈阳师范大学,翻译,2013,硕士.
[38]王长全.大气压介质阻挡放电等离子体对材料表面改性及其建模研究[D].浙江大学,2006.
[39]张文红.高校出版社发展策略研究[D].天津大学,企业管理,2004,硕士.
[40]周晶.基于现代文献研究支气管哮喘的证型及用药特点[D].成都中医药大学,方剂学,2012,硕士.
[41]李怀玉.我国农地流转制度研究[D].吉林大学,政治经济学,2014,硕士.
[42]阳凤梅.海上钻井平台油污损害赔偿责任限制研究[D].大连海事大学,海商法,2013,硕士.
[43]柴志明.CADASIL-Like一家系资料分析[D].山西医科大学,神经病学,2013,硕士.
[44]胡国强.中低强度混凝土抗冻性的试验研究[D].浙江工业大学,2011.
[45]代雷.基于我国地方政府经济发展模式的财税机制研究[D].吉林大学,会计学,2013,硕士.
[46]刘强.阳翼高速公路采空区注浆浆液扩散规律研究[D].西安科技大学,地质工程,2013,硕士.
[47]李延辉.一维光子晶体表面波及其传感应用研究[D].山东大学,微电子学与固体电子学,2014,博士.
[48]黄进强.半滑舌鳎生殖细胞标记基因的克隆、表达及调控区功能验证[D].中国海洋大学,海洋生物学,2014,博士.
[49]许婷婷.我国外汇储备对通货膨胀影响的实证研究[D].苏州大学,金融学,2013,硕士.
[50]张瑞文.城市空间的纪念性构筑研究[D].沈阳师范大学,美术学,2013,硕士.