[發明專利]一種海上中長波紅外圖像融合方法

在審

• 申請號: 202011501593.1
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112614082A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 鄭鑫;陳良棟;吳強;康迪;和薇;代慧峰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種海上中長波紅外圖像融合方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟1，構建非下采樣金字塔和非下采樣方向濾波器組，中波紅外圖像和長波紅外圖像作為輸入，進行圖像多尺度多方向分解；首先通過對金字塔濾波器進行填零上采樣構建非下采樣金字塔濾波器，對圖像進行N級分解得到N個高頻子帶系數和一個低頻子帶系數；然后初始化方向濾波器組，通過對兩個雙通道扇形濾波器進行填零上采樣得到四通道非下采樣方向濾波器組，將N個高頻子帶系數作為非下采樣方向濾波器組的輸入進行方向分解；

步驟2，基于全變分模型進行低頻系數融合，步驟1中分解所得低頻子帶系數作為步驟2的輸入，將融合后低頻子帶系數初始化為長波紅外低頻子帶系數，與長波低頻子帶系數做差取L2范數，并計算中長波紅外低頻系數之間的梯度差，依靠梯度下降流對長波紅外圖像低頻系數進行平滑，同時保證輪廓邊緣盡可能不被平滑，為了保留長波圖像中的整體亮度并且融入中波圖像中邊緣細節；

步驟3，基于顯著性分析進行高頻系數融合，將原始的中長波紅外圖像作為輸入，通過窗口滑動遍歷整張圖像，利用中值濾波和均值濾波求取顯著圖，均值濾波取滑動窗口內均值對中心像素進行替換，采用線性的方法，平均整個窗口范圍內像素值，破壞了圖像細節，中值濾波取滑動窗口內中值對中心像素進行替換，采用非線性方法保護了圖像尖銳的邊緣；對均值結果與中值結果做差后取絕對值即能得到圖像高通結果，通過與高通成分均值比較，大于均值的像素點權重設為1，低于高通成分均值的像素點設為0，得到相應的加權矩陣，最后通過加權矩陣對中長波紅外圖像高頻子帶系數加權計算得到融合后的高頻子帶系數；

步驟4，NSCT逆變換圖像重建，將融合后的N個高頻子帶系數于一個低頻系數作為新的各層分解成分，進行NSCT逆變換得到最終圖像融合結果。

2.根據權利要求1所述的一種海上中長波紅外圖像融合方法，其特征在于：步驟1中，對原始圖像使用N級NSCT分解可獲得個子帶，其中包括個高頻子帶，l_j為j尺度下的方向分解級數，分解得到的子帶圖像與原始圖像大小一致；NSCT采用非下采樣金字塔和非下采樣方向濾波器組使得圖像具有完全平移不變形，能夠在多尺度多方向上對圖像進行分析，且NSCT分解變換后的各個子帶的尺寸特性與原圖相同，有利于后續融合的規則制定。

3.根據權利要求1所述的一種海上中長波紅外圖像融合方法，其特征在于：所利用融合的源圖像為響應波長分別為3～8μm和8～14μm的中波和長波相機所攝的海上紅外圖像，中波和長波相機通過同一個鏡頭捕捉畫面，經過三棱鏡將紅外輻射分別折射到中長波各自焦平面陣列，其把輻射量轉換為電壓或電路輸出，通過積分和采樣電路以及低通濾波器轉換電壓信號輸出，得到紅外圖像。

4.根據權利要求1所述的一種海上中長波紅外圖像融合方法，其特征在于：所用NSCT分解級數為3級，方向分解個數為8，NSP變換采用的是‘pyrexc’濾波器，NSDFB采用的是‘vk’濾波器。

5.根據權利要求1所述的一種海上中長波紅外圖像融合方法，其特征在于：所采用全變分模型的保真項為正則項為L_f、L_LW和L_MW分別為融合結果、長波圖像的低頻系數和中波圖像的低頻系數，權衡系數λ_TV大小為0.5，最大迭代次數為15。

6.根據權利要求1所述的一種海上中長波紅外圖像融合方法，其特征在于：顯著性分析采用的中值濾波和均值濾波掩膜大小為3*3，計算加權矩陣的規則為大于高通系數均值的置為1，小于則置為0。