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专利号: 2019101268693
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于显著稀疏表示和邻域信息的多聚焦图像融合方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,基于均匀网格将待融合的图像划分为图像块,并构建向量化的图像融合字典;

步骤2,进行图像显著稀疏建模,得到解图像显著稀疏模型;

步骤3,求解图像显著稀疏分解模型的参数;

步骤4,进行图像标签初始融合;

步骤5,对图像标签融合优化;

步骤6,基于优化的图像标签重构融合的图像。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1包括:将待融和的两幅图像A和图像B按照大小为Px×Py的网格单元均匀划分为无重叠的图像块,其中Px和Py分别表示横坐标方向的像素点个数和纵坐标方向的像素点个数,图像A中第i个图像块灰度值矩阵拉长为d=Px×Py行1列的列向量 图像B中第i个图像块灰度值矩阵拉长为d=Px×Py行1列的列向量 N表示图像块的总数,图像A和图像B分别转换为矩阵 和 其中 和 分别表示图像A的第N个图像块的列向量和图像B的第N个图像块的列向量;通过图像A和B的图像块列向量构造图像融和字典D为:

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤2包括:图像显著稀疏建模为:

在约束条件YA=DXA+ZAD+EA下最小化目标函数min||XA||1+||ZA||1+λ||EA||2,1,其中,λ为常数系数,XA、ZA和EA分别表示图像A的显著稀疏模型的公共稀疏系数矩阵、显著稀疏系数矩阵和误差;

在约束条件YB=DXB+ZBD+EB下最小化目标函数min||XB||1+||ZB||1+λ||EB||2,1,XB、ZB和EB分别表示图像B的显著稀疏模型的公共稀疏系数矩阵、显著稀疏系数矩阵和误差。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤3包括以下步骤:步骤3-1:初始化图像A和图像B的显著稀疏模型参数:图像A和图像B的初始公共稀疏系数矩阵分别为 且 图像A和图像B的初始显著稀疏系数分别为 和图像A和图像B的初始误差分别为 和 图像A和图像B的初始拉格朗日乘子系数分别为 和 加快收敛速度因子ρ=1.1,收敛因子ε=0.05,惩罚因子μ0=10-6,最大惩罚参数μmax=1010,迭代次数j=0,常系数λ=30;

步骤3-2:计算第j+1次迭代图像A的误差

其中, 为 的第i列,为1≤i≤N, 为图像A在约束条件下的误差,GA(:,i)为GA的第i列,μj为第j次迭代的惩罚因子, 为第j次迭代图像A的公共稀疏系数矩阵, 为第j次迭代图像A的显著稀疏系数矩阵, 为第j次迭代图像A的拉格朗日乘子;

计算第j+1次迭代图像B的误差

其中, 为 的第i列, 为图像B在约束条件下的误差,GB(:,i)为GB的第i列, 为第j次迭代图像B的公共稀疏系数矩阵, 第j次迭代图像B的拉格朗日乘子, 为第j次迭代图像B的显著稀疏系数矩阵;

步骤3-3:计算第j+1次迭代图像A的公共稀疏系数矩阵计算第j+1次迭代图像B的公共稀疏系数矩阵

其中S为函数,函数S定义为 x和τ为函数参数;

步骤3-4:计算第j+1次迭代图像A的显著稀疏系数矩阵计算第j+1次迭代图像B的显著稀疏系数矩阵

步骤3-5:计算第j+1次迭代图像A的拉格朗日乘子计算第j+1次迭代图像A的拉格朗日乘子

步骤3-6:计算第j+1次迭代惩罚因子μj+1:μj+1=min(μjρ,μmax)                     (10)其中ρ为收敛速度因子,μmax为最大惩罚因子;

步骤3-7:如果收敛条件 成立,则输出

否则,将j更新为j+1,转入步骤3-2;

如果收敛条件 成立,则输出

否则,将j更新为j+1,转入步骤3-2。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤4包括:定义待融合图像A的第i个图像块的聚焦参数J(A,i)为误差乘以平衡因子与显著稀疏系数矩阵乘以字典的第i列的2范数,计算公式如下:J(A,i)=||bEA(:,i)+ZAD(:,i)||2       (11)其中EA(:,i)表示误差EA的第i列,D(:,i)表示字典D的第i列;平衡因子b定义为2幅待配准图像A和B的显著稀疏系数矩阵分别与第i列字典矩阵乘积之和除以2幅待配准图像误差矩阵的第i列之和,计算公式为:其中EB(:,i)表示误差EB的第i列;

定义待融合图像B第i个图像块的聚焦参数λ(B,i)为误差乘以平衡因子与显著稀疏系数矩阵乘以字典的第i列的2范数,计算公式如下:J(B,i)=||bEB(:,i)+ZBD(:,i)||2      (13)采用2范数最大化规则融和像素;使用公式(14)构造融合标签 其中表示第N个图像块的标签,每个列向量都包含了所选择源图像的对应列向量的标签,1和0分别代表该列来自于源图像A和图像B,标签融合规则为:

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤5包括:步骤5-1:分别求误差EA的最大值 和误差EB的最大值 如果图像A的误差大于最大误差 的90%,则保留源图像A的像素;如果图像B的误差大于最大误差 的90%,则保留源图像B的像素,基于源图像细节信息的融合标签优化规则为:步骤5-2:按照标签优化规则公式(15)融合图像,计算融合图像中每一个图像块8邻域的图像块来源,niA表示第i列所对应的图像块的8邻域中来源于图像A中选择的个数,niB表示第i列所对应的图像块的8邻域中来源于图像B中选择的个数,如果该图像块8个邻域块从图像A中选择的图像块个数大于从源图像B中选择的图像块个数,则代表在源图像A中该图像块所对应的区域是聚焦区域;如果该图像块8个邻域块从图像A中选择的图像块个数小于从源图像B中选择的图像块个数,则代表源图像B在该图像块所对应的区域是聚焦区域;如果数目相等,则是边界区域,即按照式(16)更新融合图像:其中-1代表边界,从而得到了最终融合图像标签yiF。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤6包括:根据融合图像标签yiF赋值构造融合图像Fi,如果图像标签为1,则选用图像A对应的像素;如果图像标签为0,则选用图像B对应的像素;否则取图像A和图像B的平均值:将第i个图像块融合后的大小为d行1列向量的图像Fi,从第一个元素开始,px个元素为一列,共计转换为py列,得到大小为Px×Py的图像块Di;

设定待融合图像A和图像B的宽为w,则图像块Di在重构融合图像的行ix和列iy分别为:其中mod为取余数函数。