[发明专利]一种红外和可见光图像融合方法

权利要求书

1.一种红外和可见光图像融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将红外和可见光源图像的权重设定为1，获得红外和可见光源图像在x位置处的初始融合梯度的结构张量：

其中，x用(x₁，x₂)表示，x₁表示水平方向坐标，x₂表示竖直方向坐标；I_n表示图像的像素强度分布矩阵，n＝1，2，分别表示对红外和可见光源两个模态源图像的标号；

G(x)为半正定矩阵，G(x)＝U(x)Λ(x)U(x)^T；其中Λ(x)为具有两个非负特征值的对角矩阵，其维数为2×2；U(x)为由Λ(x)的特征值相对应的特征向量构成的正交矩阵，其维数为2×2；

将Λ(x)特征值中最大的记为λ₁(x)，根据公式G(x)＝λ₁(x)θ₁(x)θ₁(x)^T，计算得到λ₁(x)对应的特征向量θ₁(x)；

获得初始融合梯度为：

步骤2，分别计算初始融合梯度VF₀(x)的局部梯度相似性矩阵P₀(x)与红外源图像梯度的局部梯度相似性矩阵P₁(x)，以及可见光源图像梯度的局部梯度相似性矩阵P₂(x)的差值，则x位置处的差值S_n(x)为：

S_n(x)＝||P_n(x)-P₀(x)||₁

其中，||·||₁表示向量的1范数；

获得模态隶属标号C(x)：

计算在x位置处的最终融合梯度VF(x)：

其中，其中，sign表示为符号函数，·表示计算向量内积，表示标号为C(x)模态的源图像在x位置处的梯度；

步骤3、在空域比较红外源图与可见光源图的像素强度，得到红外源图中像素强度大于可见光源图像素强度的区域D；

将红外和可见光两种模态的源图像重构成显著图M和非显著图U两幅图像，具体如下：

M＝D×I₁+(1-D)×I₂

U＝(1-D)×I₂+D×I₁

步骤4，获得非显著图对应的权重矩阵W_d：

其中，为红外模态非显著图部分对应的权重矩阵，为可见光模态非显著图部分对应的权重矩阵；计算公式为：

其中，为非显著图像有效细节判断矩阵，为具体权值计算矩阵；具体地，对于红外和可见光两种模态，在x位置处和具体表达式如下：

其中，w_x为以位置x为中心的窗口，q表示w_x窗口内的像素位置，D(x)表示所述区域D在x位置上的取值，ε为常数；

步骤5、利用融合梯度矩阵VF、显著图M、非显著图U以及非显著图对应的权重矩阵W_d，构建图像融合模型：

其中，||·||_F表示矩阵的F范数，β和α分别表示两个正则项；IF为融合图像，由以下公式求得：

IF＝W×I₁+(1-W)×I₂

其中，W为融合权重矩阵；

步骤6、采用变分法迭代求解图像融合模型，得到融合权重矩阵W，进而得到融合图像IF；

其中，在采用变分法迭代图像融合模型求解的过程中引入时间辅助变量t，具体求解公式如下：

其中，和分别代表融合梯度在水平和竖直上的梯度分量；和分别表示融合权重矩阵W在x₁和x₂方向上的偏导数；和分别表示融合图像IF在x₁和x₂方向上的偏导数，具体由以下公式计算得到：

通过迭代循环，最终得到融合权重矩阵W，进而计算得到融合图像IF。