[发明专利]一种彩色多聚焦图像融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及彩色图像的成像处理方法，尤其是一种彩色图像的融合方法。

背景技术

由于光学系统的聚焦范围有限，对某一场景拍摄时，普通的光学成像系统难以对该场景中不同距离上的物体都形成清晰的像。当焦点聚集在某个物体上时，它可在像平面上形成一个清晰的像。这时，位于其它位置上的物体，在像平面上所形成的像将呈现不同程度的模糊。因此，光学镜头的成像机理使得成像系统在分辨率不断提高的同时，无法避免有限的聚焦范围对成像图片整体效果的影响，即仅依靠成像系统难以得到同一场景中所有物体都清晰的图像。通过多聚焦图像融合技术可以有效地解决该问题。

实际应用中，为了得到某一场景的清晰化图像，主要是通过对多幅多聚焦图像进行融合的方法来实现。现有的融合方法主要在变换域或空间域中实施。以Samuel Cheng等提出的方法为代表的基于变换域的融合方法(参见文献Proceedings of SPIE，6144(Q)：1-8，2006)首先将原始多聚焦图像进行某种变换，然后利用不同策略对变换域中的系数进行融合，最后通过反变换得到清晰图像。以Li Shutao等提出的方法为代表的基于空间域的融合方法则是先将原始多聚焦图像划分成若干子块，然后利用某种清晰度(或模糊度)测量手段对每一子块的清晰度(或模糊度)进行检测，最后提取所有清晰图像块组成一幅清晰图像(参见文献Information Fusion，2(3)：169-176，2001)。

上述的两大主流融合现有技术均有不足之处。基于变换域的融合技术在融合结果中极易出现振铃效应或Gibbs现象，并且其计算复杂度高，运算量大；而基于空间域的融合技术由于图像子块的划分不能有效地针对实际多聚焦图像的特点，故在图像的清晰与模糊之间的过渡带容易出现不连续现象或块效应现象，影响了融合质量。

发明内容

为了克服现有技术计算复杂、运算量大或者融合质量不高的不足，本发明提供一种针对彩色多聚焦图像的融合方法，克服了在拍摄照片时传感器自身聚焦范围的物理限制，通过对两幅或多幅彩色多聚焦图像进行融合，使得不同成像距离的物体能够清晰地呈现在一幅图像中，从而有效地提高了图像信息的利用率和对目标探测识别的可靠性，可广泛应用于彩色数码照相以及显微镜成像领域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

第一步、预处理：

利用PAL制系统的YUV彩色模型提取出原始彩色多聚焦图像的亮度分量I。由于原始彩色多聚焦图像所在的RGB彩色空间混合了图像的亮度和色度属性，即R、G、B分量(通道)不仅代表了亮度也表示色度，分量本身存在很大的相关性。如果对三个分量分别进行融合难以保证融合图像中某一像素点对应的三个分量来自同一源图像，从而破坏它们之间的原始比例关系，导致颜色信息的丢失和混乱。因此，需要对原始RGB彩色空间进行预处理以便真实地反映出彩色图像清晰度方面的性能。

本阶段的输出信号为两幅灰度多聚焦图像，即原始彩色多聚焦图像X与Y对应的亮度分量图像I_X和I_Y。

第二步、特征提取：

利用àtrous小波变换对亮度分量图像I_X和I_Y进行分解，得到J个多分辨率小波平面d_j(j＝1，...，J)和残留图像A_J，J为分解层数。

输入图像I_X和I_Y利用àtrous算法被分解成一系列的小波平面，图中的边缘特征被连续地保留下来。经过分解后，其小波系数均在0值附近波动，波动的幅度越大表明该处灰度变化越明显，对应原始图像中出现的边缘、轮廓或者纹理信息就更为丰富。图像中同一边缘在不同小波平面里对应位置的系数是同号的(同正或同负)，而在同一边缘附近的区域内的小波系数在不同的小波平面会出现异号的现象。因此，我们对每幅源图像对应的所有小波平面的绝对值求和，提取准确的边缘特征(Edge Feature，EF)，计算如下式