專利名稱：基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法
技術領域：
本發明涉及無線傳感網絡的數據融合技術，特別是涉及基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法。
背景技術：
無線傳感網絡中的數據融合技術(data aggregation or data fusion)是對傳感器采集的數據或信息進行處理，組合出更符合用戶需求且更有效的數據的過程。數據融合需要對節點進行高效管理，以節省網絡能耗，延長網絡壽命；同時處理冗余數據，降低網絡的數據傳輸量，避免數據傳輸沖突，減小環境噪聲以及傳感器間干擾對數據的影響，提高收集效率，讓用戶能夠獲得最真實、最直接、最豐富的信息。
圖像融合是指綜合兩個或以上源圖像的信息，提取每幅圖像里信息量較豐富的、 受噪聲干擾較小的部分進行融合，從而獲得對同一場景更準確、更全面、更可靠的圖像描述過程。圖像融合屬于多傳感器數據融合中的一個重要的分支，在自動識別、計算機視覺、軍事安全監測、智能機器人、遙感圖像、醫學圖像鑒別等領域有廣泛的應用。
多聚焦圖像融合是指當攝像機拍攝與鏡頭距離不同的多個目標時，常常分別聚焦到各個目標多次拍攝而得到多幅圖像，再通過利用圖像融合技術，對不同焦距的圖像進行處理，提取各圖像的清晰信息，拋棄或者選擇性保留冗余信息，綜合成一幅信息量最豐富、 清晰度最高的融合圖像的過程。多聚焦圖像融合有效地提高傳感器圖像信息的利用率和系統對目標探測識別的可靠性，更有利于肉眼的感知以及計算機的智能處理，減少了傳感器的傳輸能耗，大大增強了傳感器節點的生存年限。多聚焦圖像融合在交通管理監測、數碼相機、目標識別等領域已經被人們廣泛的利用起來。
圖像拼接是指對同一場景的不同方向采集到的圖像進行合并連接，得到一幅高分辨率圖像的過程。隨著信息技術和微電子技術的快速發展，很多領域都需要高分辨的圖像， 如醫學領域、衛星遙感，同時數碼攝像機的普及使得普通大眾也可以方便地拍攝圖像，但是要獲得高分辨圖像，如果借助廣角相機或全景相機來獲得，不僅價格昂貴、使用不便，獲得的圖像分辨率有限，而且在圖像邊緣會出現扭曲變形。通過采用圖像拼接技術，可以以極少的代價輕松獲得高分辨率、無縫、完整的圖像。
多聚焦圖像融合技術以及圖像拼接融合技術均只能融合場景的單一方面信息，比如多聚焦圖像融合只是將圖像的聚焦信息進行融合，圖像拼接只是把場景的方向信息進行融合，目前兩種融合技術的研究熱點僅停留在各自融合算法的改進上，并沒有將兩種技術結合研究。發明內容
針對現有圖像傳感網絡圖像融合研究單一的問題，本發明在對多聚焦圖像融合技術以及圖像拼接融合技術各自融合算法進行改進研究的基礎上，充分結合了兩種融合技術獲取不同圖像信息的特點，提供了一種有效可行的基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法。
本發明的目的通過如下技術方案實現
基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法，其實現包括如下步驟
步驟(1)布置多個圖像采集節點或者一個能夠調整角度的圖像采集節點，對不同方向的場景分別進行兩次以上不同聚焦圖像采集，以獲得不同聚焦點的圖像信息；
步驟( 每個采集節點對采集到的不同聚焦源圖像進行多聚焦圖像融合，得到各采集方向上的一幅多聚焦融合圖像，多聚焦融合過程直接在采集節點進行或另外設立節點進行，融合算法采用基于方向區域能量的多聚焦融合算法；
步驟C3)處理多聚焦融合的節點對本節點處理得到的多聚焦融合圖像和本節點獲取的聚焦源圖像計算梯度值，再根據自適應梯度門限值判定方法選取合適的聚焦圖像， 并把選定的聚焦圖像傳送到拼接處理節點；所述的自適應梯度門限值判定方法具體描述為
比較本節點采集的聚焦源圖像梯度值，選取梯度值最大的聚焦源圖像的梯度值乘以經驗系數值w作為自適應梯度門限值，w根據經驗情況通常選取在1. 1到1. 3之間；若多聚焦融合圖像梯度值比自適應梯度門限值高，選用多聚焦融合圖像作為下一步拼接的素材；若多聚焦融合圖像梯度值比自適應梯度門限值低，則判定為采集的聚焦源圖像中有圖像只含有無用的聚焦信息，會影響融合圖像質量，故選用采集的源圖像中梯度值最大的一幅作為拼接素材，此舉目的在于剔除聚焦模糊圖像對融合圖像的不利影響，選取含有最多有用信息并且最清晰的聚焦圖像作為下一步的拼接素材；
步驟(4)拼接處理節點對各采集方向的多聚焦圖像進行基于尺度不變特征的圖像拼接技術的拼接處理，從而得到一幅具有多方向多聚焦點信息的融合圖像；
步驟(5)最后將融合圖像通過無線傳感網絡傳送到目標節點。
上述融合方法中，步驟(2)所述的一種改進的基于方向區域能量的多聚焦融合算法通過如下步驟實現
(2. 1)對采集到的多聚焦源圖像分別進行RGB (紅綠藍)三通道圖像提取，并對三通道圖像進行L層小波變換，L表示小波分解層數；
(2. 2)對相同通道的小波變換圖像低頻子帶按照同樣大小(mXn，m表示行數，η表示列數)的局部區域計算出區域特征，取歸一化后的區域梯度值作為各自區域中心系數的融合權值進行加權，得出對應的融合系數；
所述區域梯度值
權利要求
1.基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法，其特征在于包括如下步驟步驟(1)布置多個圖像采集節點或者一個能夠調整角度的圖像采集節點，對不同方向的場景分別進行兩次以上不同聚焦圖像采集，以獲得不同聚焦點的圖像信息；步驟(2)每個采集節點對采集到的不同聚焦源圖像進行多聚焦圖像融合，得到各采集方向上的一幅多聚焦融合圖像，多聚焦融合過程直接在采集節點進行或另外設立節點進行，融合算法采用基于方向區域能量的多聚焦融合算法；步驟(3)處理多聚焦融合的節點對本節點處理得到的多聚焦融合圖像和本節點獲取的聚焦源圖像計算梯度值，再根據自適應梯度門限值判定方法選取合適的聚焦圖像，并把選定的聚焦圖像傳送到拼接處理節點；所述的自適應梯度門限值判定方法具體描述為比較本節點采集的聚焦源圖像梯度值，選取梯度值最大的聚焦源圖像的梯度值乘以經驗系數值作為自適應梯度門限值；若多聚焦融合圖像梯度值比自適應梯度門限值高，選用多聚焦融合圖像作為下一步拼接的素材；若多聚焦融合圖像梯度值比自適應梯度門限值低，則選用采集的聚焦源圖像中梯度值最大的一幅作為拼接素材；步驟(4)拼接處理節點對各采集方向獲取到的聚焦圖像進行基于尺度不變特征的圖像拼接技術的拼接處理，從而得到一幅具有多方向多聚焦點信息的融合圖像； 步驟(5)最后將融合圖像通過無線傳感網絡傳送到目標節點。
2.根據權利要求1所述的基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法， 其特征在于步驟(2)中采用的多聚焦融合算法為一種改進的基于方向區域能量的多聚焦融合算法，包括如下步驟(2. 1)對采集到的多聚焦源圖像分別進行紅綠藍三通道圖像提取，并對三通道圖像分別進行小波變換；(2. 2)對相同通道的小波變換圖像低頻子帶按照同樣大小的局部區域計算出各區域特征，取歸一化后的區域梯度值作為各區域中心系數的融合權值進行加權，得出對應的融合系數；(2. 3)對相同通道和層數的小波變換圖像高頻子帶系數，根據各方向的方向區域模版， 計算方向區域能量值，對應方向區域模版的中心點系數根據方向區域能量值最大原則選取；(2. 4)對各通道融合后的小波系數進行逆小波變換，得到各通道上的融合圖像，進行紅綠藍還原，最終得到彩色多聚焦融合圖像。
3.根據權利要求1所述的基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法， 其特征在于步驟(4)中采用的圖像拼接算法為基于尺度不變特征的圖像拼接算法，包括如下步驟(4. 1)對待拼接圖像提取尺度不變特征(SIFT特征)SIFT特征的提取主要包括如下步驟(4. 1. 1)利用高斯差分圖像(DOG圖像)提取DOG 空間極值；(4. 1. 2)剔除弱特征點和邊界點；(4. 1. 3)利用特征點鄰域像素的梯度方向分布特性求取特征方向；(4. 1. 4)計算SIFT特征向量生成特征描述符；(4. 2)采用基于K-D樹的最近鄰方法進行特征匹配，K表示空間的維數，D表示維； (4. 3)把所有待拼接圖像變換到同一參考平面上，對待拼接圖像進行全局匹配；(4. 4)根據所述特征匹配和全局匹配的結果進行圖像拼接融合，并對圖像進行曝光補償和漸暈校正。
全文摘要
本發明公開了基于多聚焦融合和圖像拼接的無線傳感網絡圖像融合方法。該方法在圖像采集節點首先進行多聚焦圖像采集，調用基于方向區域能量的多聚焦圖像融合算法進行多聚焦圖像融合，通過自適應梯度門限值判定方法選取聚焦圖像傳給拼接處理節點，在拼接處理節點對不同采集節點或同一采集節點的不同方向得到的多聚焦圖像進行圖像拼接，獲得一幅具有多方位多聚焦的融合圖像，再對其進行傳輸。本發明結合多聚焦圖像融合技術以及圖像拼接技術，對需要傳輸的大量圖像數據進行了有效融合，減少了傳感網絡數據傳輸量和傳輸能耗，同時讓用戶獲得更直接更豐富的信息，采用自適應梯度門限值判定方法選取拼接素材，減小了聚焦模糊圖像對融合結果的不利影響。
文檔編號G06T5/50GK102521814SQ201110320908
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者江卓斌, 胡斌杰 申請人:華南理工大學