羅洋坤

（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

0 引言

圖像融合在計算機(jī)視覺及目標(biāo)識別方面的應(yīng)用潛力非常巨大，尤其在計算機(jī)視覺方面[1]。車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中通過在很短的時間內(nèi)連續(xù)拍攝照片并進(jìn)行傳輸，但是存在焦點(diǎn)不固定的問題，而且由于汽車在快速行駛過程中容易造成噪聲干擾的問題，因此本研究采用圖像融合技術(shù)對多張不同的焦點(diǎn)照片進(jìn)行融合，然后再進(jìn)行中值濾波，對圖像進(jìn)行處理來得到高質(zhì)量圖片[2-3]。

1 圖像處理技術(shù)

圖像融合將多個照片所抓取的對于同一事物的圖像幀數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致處理，達(dá)到提取有用信息的目的，最大化利用每個照片中的有價值的信息，從而為生成一張高信息的圖像做準(zhǔn)備，以提高圖像信息的利用率，改善精度和可靠性，從而提升原始圖像的空間分辨率和光譜分辨率，有利于車聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測[4]。需要注意的是，融合圖像必須提前配準(zhǔn)好，確保像素位寬一致，提取多個圖像信息。這樣做的目的是實(shí)現(xiàn)較好的融合效果?？梢愿鶕?jù)需要綜合處理多個圖片，從而提高圖像利用率和系統(tǒng)對目標(biāo)識別可靠性。將不同照片所提供的信息加以綜合，消除多照片信息之間可能存在的冗余和矛盾，以增強(qiáng)圖片中信息透明度，改善精度、可靠性以及使用率，以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的完整和準(zhǔn)確的重現(xiàn)。在圖像融合技術(shù)方面，可以從數(shù)據(jù)、特征和決策等層次進(jìn)行融合。一般目前最為常用的技術(shù)是數(shù)據(jù)融合，通過對所抓取的照片直接進(jìn)行處理而融合，這個技術(shù)處于基礎(chǔ)性質(zhì)的研究，而且非常關(guān)鍵，對于圖像融合技術(shù)的支撐非常重要，因?yàn)檫@種技術(shù)可以保證留下更為原始真實(shí)的數(shù)據(jù)，從而很多細(xì)微的信息可以很好地體現(xiàn)出來。對于像素融合技術(shù)，一般較為常用的就是空間算法和變換算法空間算法，相對于變換算法有多種融合規(guī)則方法可以使用，例如邏輯濾波或者對比調(diào)制等方法均可實(shí)現(xiàn)。而變換域方法中目前最為流行的是小波變換，比金字塔分解融合法更為先進(jìn)。本文通過小波變換對連續(xù)拍攝的多焦點(diǎn)照片進(jìn)行融合。

首先讀取連續(xù)拍攝的 3張多焦點(diǎn)圖像融合成 1個圖像，如圖1、2、3所示。融合之后的圖像為圖4所示。

圖1 連續(xù)拍攝圖1Fig.1 Continuous shooting picture No.1

圖2 連續(xù)拍攝圖2Fig.2 Continuous shooting picture No.2

然后將其轉(zhuǎn)換成灰度圖如圖5所示。

圖3 連續(xù)拍攝圖3Fig.3 Continuous shooting picture No.3

圖4 融合之后的圖像圖4Fig.4 Image after fusion No.4

圖5 灰度圖Fig.5 Grayscale

其圖像噪聲干擾最大的成分主要為椒鹽噪聲，因此需要對椒鹽噪聲進(jìn)行去噪處理。經(jīng)過分析很多經(jīng)典案例發(fā)現(xiàn)，攝像機(jī)抓取的圖像噪聲信息特別復(fù)雜，主要受離散的脈沖、椒鹽噪聲、高斯噪聲影響，其中高斯噪聲具有零均值的特征，并且這三種噪聲對圖像質(zhì)量影響嚴(yán)重。圖像中一旦存在很多噪聲，就會對后期的圖像分割造成較大的干擾，并且在特征的提取和圖像的識別方面造成巨大的困難。事實(shí)上，幾乎所有實(shí)時抓取的照片都需要進(jìn)行濾波，消除圖像中的噪聲就是圖像平滑化或?yàn)V波[5]。濾波的好處是可以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)計算機(jī)處理的要求，從對象特征中抽取出特征模式用于識別，消除大部分混融入的各類噪聲。當(dāng)然，濾波處理中不能丟失圖像的輪廓和邊緣信息，因?yàn)檫@些信息至關(guān)重要。一般來說，經(jīng)過濾波操作后的圖像較為清晰，并且視覺信息豐富。在椒鹽噪聲中，我們需要處理的是鹽噪聲和胡椒噪聲，第一種噪聲的屬性可以歸納為高灰度噪聲，后一種噪聲的屬性可以歸納為低灰度噪聲，這兩種噪聲很難避免。一般我們在圖像中觀察到的黑白雜點(diǎn)都屬于此類情況，高斯噪聲嚴(yán)重的圖像如圖6所示，椒鹽噪聲嚴(yán)重的圖像如圖7所示。

圖6 高斯噪聲嚴(yán)重的圖像Fig.6 Gaussian noise serious image

圖7 椒鹽噪聲嚴(yán)重的圖像Fig.7 Salt and pepper noise serious image

通過二維滑動可以實(shí)現(xiàn)將像素按值大小排列，形成上升的數(shù)據(jù)序列[6]。采用二維中值濾波方法對包含有大量椒鹽噪聲的抓取照片進(jìn)行濾波，得到去噪之后的圖像[7][8]。如圖8所示。

2 圖像測試

為了補(bǔ)償圖像丟失的細(xì)微的輪廓部分，需要增強(qiáng)其邊緣或者灰度跳變的區(qū)域，這樣才能讓圖像呈現(xiàn)清晰，為了實(shí)現(xiàn)這一目的可以采用圖像銳化技術(shù)，比如使用之前提到的空間方法或者是頻域方法。首先需要計算圖像的尺寸，通過二維傅里葉變換得到頻域信息，將0頻域移動到圖像中心，設(shè)置好二階巴特沃斯濾波器，并調(diào)試二階巴特沃斯濾波器的D0參數(shù)，D0越大，保留的高頻信號就越少[9][10]。在試驗(yàn)中，對于不同的照片，可以自行調(diào)節(jié)，以便得到更好的效果。計算每一個像素點(diǎn)離0頻率點(diǎn)的距離，并計算傳遞函數(shù)的值，確定高通濾波之后的值。然后經(jīng)過傅里葉反變換，再得到濾波之后的圖像，也就是銳化之后的圖像如圖9所示[11]。

圖8 去噪之后的圖像Fig.8 After the noise image

圖9 銳化之后的圖像Fig.9 After sharpening the image

通過直方圖均衡化處理得到直方圖均衡之后的圖像如圖 10所示。直方圖拉伸是通過對比度拉伸對直方圖進(jìn)行調(diào)整，從而可以實(shí)現(xiàn)對比度極大提高的目標(biāo)，這可以具體通過線性或者是非線性的技術(shù)手段來得以實(shí)施。使用直方圖均衡化方法的目標(biāo)是通過調(diào)用積累函數(shù)，來調(diào)整圖像的灰度值，從而增強(qiáng)對比度。這種技術(shù)的明顯優(yōu)勢在于可以增強(qiáng)所抓取照片的某一區(qū)域部分的對比度，尤其當(dāng)某些區(qū)域中，存在有大量的有用數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)非常接近的時候，該方法的價值才得到真正體現(xiàn)，使亮度在直方圖上呈現(xiàn)出恰當(dāng)?shù)囊曈X效果，并不會影響到整體圖像的對比度，只是增強(qiáng)了局部效應(yīng)。歸根結(jié)底，直方圖均衡化方法是對圖像進(jìn)行非線性拉伸的一種嘗試，通過對像素的重新安排，使得在一個灰度范圍之內(nèi)的像素數(shù)量保持接近。這種方法適合被用在圖像背景太亮的情況，或者是前景偏的照片處理中。

圖10 直方圖均衡之后的圖像Fig.10 Image after histogram equalization

然后實(shí)施了多種邊緣檢測方法對比的實(shí)驗(yàn)。邊緣檢測是發(fā)現(xiàn)抓取照片區(qū)域中亮度變化最為明顯和快速的點(diǎn)。通過圖像邊緣檢測技術(shù)，可以極大的減少了不必要的信息，保留了獲取圖像區(qū)域里面的關(guān)鍵信息[12]。在一張照片里面，我們把周圍灰度變化明顯的像素集合稱為邊緣，在一張圖像里面邊緣視覺效果最為明顯和關(guān)鍵。通常邊緣就是指目標(biāo)和背景區(qū)域的劃分區(qū)域，該區(qū)域?qū)⒊蔀楹竺娴膱D像分割階段的重要手段依據(jù)。邊緣本身灰度變化不明顯，但是其實(shí)位置的重要標(biāo)志。在使用邊緣檢測方法的時候，我們還需要配合區(qū)域劃分方法才能更好的實(shí)現(xiàn)，這兩種方法一般來說都會同時使用，具有互相補(bǔ)充的功能。邊緣檢測技術(shù)是根據(jù)閉合部分的邊緣來鎖定區(qū)域，可以提取到獲取的照片區(qū)域里面最為不連續(xù)部分的圖像特征。區(qū)域劃分是把所抓取得到的照片分割成為特征相同的部分，其邊界作為邊緣來處理[13]。邊緣檢測方法的優(yōu)勢是不需要將抓取得到的照片進(jìn)行單一分割，非常適合較大照片的分割處理。圖像邊緣最為常見的是階躍邊緣，這種邊緣特征是分布在兩邊的照片像素值大小明顯相異，而另一種邊緣是屋頂邊緣，它是處于灰度值變化之中，在中間灰度值部分，屬于變化的中間區(qū)域。該模板屬于邊緣檢測器，是一種基于梯度的數(shù)學(xué)方法的濾波器，又稱邊緣算子。如果圖像邊緣處于水平，最好用梯度是垂直方向的模板檢測其邊緣。較為常用的邊緣檢測模板有Laplacian算子等[14,15]。

采用prewitt邊緣檢測之后的圖像如圖11所示。

圖11 采用prewitt邊緣檢測的圖像Fig.11 Image using prewitt edge detection

采用roberts邊緣檢測之后的圖像如圖12所示。

3 結(jié)束語

針對車聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程短時間內(nèi)連續(xù)拍攝照片存在焦點(diǎn)不固定、噪聲干擾的問題，本研究采用圖像融合技術(shù)和中值濾波方法，對圖像進(jìn)行處理。并通過圖像銳化、直方圖均衡化處理、圖像邊緣檢測等方法來測試分析圖像質(zhì)量[16]。經(jīng)過測試分析，融合和濾波之后的圖像清晰.雖然本文研究取得了某些成果，但是在其它方面仍然存在不足和制約。例如要求對拍攝圖片要求嚴(yán)格等，因此還需要作更深入和廣泛的研究，得到通用性更好的方法。

圖12 采用roberts邊緣檢測的圖像Fig.12 Using roberts edge detection of the image

采用sobel邊緣檢測之后的圖像如圖13所示。

圖13 采用sobel邊緣檢測的圖像Fig.13 Sobel edge detection using the image

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