基于IHS變換的彩色圖像融合方法

黃曉青，余月華

（1.寧夏師范學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，寧夏 756000；2.重慶大學(xué)城市科技學(xué)院，重慶 404100）

基于IHS變換的彩色圖像融合方法

黃曉青1，余月華2

（1.寧夏師范學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院，寧夏 756000；2.重慶大學(xué)城市科技學(xué)院，重慶 404100）

0　引言

彩色模型(又稱彩色空間或者彩色系統(tǒng))的種類眾多，有RGB彩色模型、YIQ/YUV彩色模型、CMY/CMYK彩色模型、IHS彩色模型等。不同應(yīng)用領(lǐng)域或不同的情況下可選擇合適的彩色模型，例如RGB彩色模型應(yīng)用最廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)檩敵鲲@示設(shè)備或者攝取設(shè)備。IHS彩色模型主要是面向一般的彩色圖像應(yīng)用。IHS彩色模型中定義了色度H、飽和度S和亮度或者強(qiáng)度I這三個(gè)互不相關(guān)并容易預(yù)測的顏色心理屬性，它反映了人的視覺系統(tǒng)感知彩色的方式。H體現(xiàn)了人對(duì)不同顏色的感受，與光波的波長有關(guān)，是彩色相互區(qū)分的特征。S反映了彩色光所呈現(xiàn)彩色的純度，純光譜色是飽和的，加入白光會(huì)稀釋飽和度，一般來說飽和度越大顏色會(huì)越鮮艷，反之亦然。I反映了光作用在人眼所引起的光源或物體的明亮程度，一般與物體的反射率是成正比的。IHS模型的建立是基于以下兩個(gè)重要特征：①I分量與圖像的彩色分量是沒有關(guān)系的；②H分量和S分量與人感受彩色的方式是緊密相連的。這使得IHS模型非常適合于借助人的視覺系統(tǒng)來感知彩色特征的圖像處理算法。而圖像融合［1］（Image Fusion）技術(shù)是多源信道對(duì)同一目標(biāo)場景進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集到的多幅圖像進(jìn)行綜合處理，得到一幅關(guān)于該目標(biāo)場景信息更準(zhǔn)確、更全面的融合圖像。圖像融合由高到底分為三個(gè)層次：決策級(jí)融合、特征級(jí)融合和像素級(jí)融合［2-3］。像素級(jí)融合保留了更多的原始圖像數(shù)據(jù)，提供了更精確、豐富和可靠的信息，并且融合后的信息一般為圖像數(shù)據(jù)，更有利于人眼觀察和計(jì)算的進(jìn)一步分析處理。本文是基于像素級(jí)的圖像融合，利用IHS與多分辨率變換相結(jié)合的方法對(duì)紅外圖像與彩色可見光圖像進(jìn)行融合處理。

1　彩色圖像融合基本原理

1.1IHS變換

彩色圖像由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型的方法有很多種，可分為線性變換和非線性變換，而常用的轉(zhuǎn)換方法有幾何推導(dǎo)法、分段定義法、坐標(biāo)變換法、標(biāo)準(zhǔn)模型法等。下面分別列出一種線性變換和非線性變換方法。

線性變換的公式定義：

由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型（正變換）：

非線性變換的公式定義（以柱形變換為例）：

由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型（正變換）：

如果當(dāng)B＞G，則H=2π-H。

其逆變換為：

當(dāng)H≥0&H＜2π/3時(shí)，

1.2基于IHS變換的彩色圖像融合算法

基于IHS變換的彩色圖像融合算法流程圖如下圖1所示。

本文以彩色可見光圖像與紅外圖像為例，該融合方法具體步驟為：

首先對(duì)彩色可見光圖像進(jìn)行IHS變換，由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型，可分別得到H、S和I分量的子圖像。

圖1　基于IHS變換的彩色圖像融合算法流程圖

提取I分量子圖像，分別對(duì)I分量子圖像與紅外圖像進(jìn)行多分辨率變換可得到I分量的高頻子圖像和低頻子圖像、紅外圖像的高頻子圖像和低頻子圖像。

對(duì)高頻子圖像和低頻子圖像采用合適的融合準(zhǔn)則進(jìn)行處理，得到融合后的子圖像。

對(duì)融合后的子圖像進(jìn)行多分辨率逆變換得到的圖像作為新的亮度分量Inew。

將新的亮度分量Inew與H、S分量進(jìn)行IHS逆變換得到融合后的RGB模型的彩色圖像。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了證明該方法的有效性，下面給出了兩組來自于OCTEC的紅外與彩色可見光圖像，該兩組圖像都是經(jīng)過嚴(yán)格配準(zhǔn)后的圖像。首先對(duì)圖2（a）和圖3（a）進(jìn)行IHS變換，可得到H分量、S分量和I分量子圖像，然后利用多尺度多分辨率變換將I分量子圖像和紅外圖像分解為高頻子圖像和低頻子圖像，高頻子圖像采用絕對(duì)值最大融合準(zhǔn)則，低頻子圖像采用模糊邏輯融合準(zhǔn)則［4］，將融合后的子圖像進(jìn)行多尺度多分辨率逆變換得到融合圖像作為Inew分量子圖像，最后對(duì)Inew、H和S分量圖像進(jìn)行IHS逆變換得到RGB彩色模型融合圖像。在上述實(shí)驗(yàn)中采用的多尺度多分辨率變換為拉普拉斯金字塔變換（LPT）［5］和平穩(wěn)小波變換（SWT）［6］，其中拉普拉斯金字塔變換采用的濾波器為Burt型濾波器，平穩(wěn)小波變換使用的小波為bior4.4小波基，分解層數(shù)為4。

對(duì)于圖2（a）源彩色可見光圖像中有兩處比較濃的煙霧遮擋了房屋、人和樹等細(xì)節(jié)信息，但由圖2（c）和圖2（d）的融合圖像中可以明顯觀察出被煙霧遮擋的細(xì)節(jié)信息；而圖3（a）源可見光圖像中大量的煙霧存在使其可觀察性十分弱，利用本文提出的融合方法對(duì)源圖像進(jìn)行融合后可可以觀察到煙霧下的房屋、人和樹等細(xì)節(jié)信息，并很大的程度上保留了原始圖像的色彩。

圖2　OCTEC1彩色圖像融合結(jié)果　

圖3　Octec2彩色圖像融合結(jié)果

3　結(jié)語

本文以紅外圖像和彩色可見光圖像為例，提出了一種基于IHS變換的彩色圖像融合方法。將彩色可見光圖像從RGB空間轉(zhuǎn)換到HSI空間的融合方法存在較大的局限性，在該算法中要求將融合后得到的I_new分量與被替換掉的I分量具有較大的相關(guān)性，如果I與I_new分量的相關(guān)性較低，可能會(huì)導(dǎo)致融合后的彩色圖像出現(xiàn)光譜扭曲現(xiàn)象，融合效果較不理想。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將IHS變換與多分辨率分析變換相結(jié)合的圖像融合方法不僅能得到具有與可見光圖像相近的自然色彩，而且得到了較理想的亮度和飽和度。

［1］Ardeshir G,A，Nikolov S.Image Fusion:Advances in the State of the Art.Information Fusion［J］,2007,8（2）:114-118.

［2］張加友，王江安．紅外圖像融合［J］．光電子激光，2000，11（5）：537-539．

［3］孫?。袼丶?jí)多聚焦圖像融合算法研究［D］．吉林：吉林大學(xué)，2008．

［4］Colin N,Moruzzie M.Radar Target Recognition by Fuzzy Logic［C］.Proc Int Conf Fuzzy Systems,USA,1997:257-262.

［5］Ahearn S C.Combining Laplacian Images of Different Spatial Frequencies Implications for Remote Sensing Image Analysis［J］.IEEE Trans.On Geoscience and Remote Sensing,1988,26（6）:826～813.

［6］NASON G P,Silverman B W.The Stationary Wavelet Transform and Some Statistical Applitions In Wavelet and Statistics［J］.Lecture Notes in Statistics，1995，103:281-299.

The Color Image Fusion；IHS Transform；Multi-Resolution Tansform

The Algorithm of Color Image Fusion Based on IHS Transform

HUANG Xiao-qing1，YU Yue-hua2

（1.School of Physics and Information Technology,Ningxia Normal University，Ningxia 756000；2.City College of Science and Technology，Chongqing University,Chongqing 404100）

1007-1423（2015）32-0057-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.32.014

黃曉青（1985-），女，寧夏銀川人，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)閳D像處理

2015-10-16

2015-10-26

提出一種基于IHS變換的彩色圖像融合方法。以紅外圖像與彩色可見光圖像為例，將RGB空間模型的彩色可見光圖像進(jìn)行IHS變換，可得到I、S、H三個(gè)分量圖像。再分別對(duì)紅外圖像和I圖像進(jìn)行多分辨率變換得到高頻子圖像和低頻子圖像，分別對(duì)高頻子圖像、低頻子圖像采用采用合適的融合準(zhǔn)則進(jìn)行融合，對(duì)融合后的子圖像再進(jìn)行多分辨率逆變換后得到新的亮度分量Inew，最后將Inew與H、S分量圖像通過IHS逆變換轉(zhuǎn)換到RGB空間，得到融合彩色圖像。仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法可得到良好的融合效果。

彩色圖像融合；IHS變換；多分辨率變換

余月華（1985-），女，河南信陽人，助教，碩士研究生，研究方向?yàn)閳D像處理

Proposes a color image fusion algorithm based on IHS transform.For example,infrared and color visible image,the RGB space model of visible images are decomposed into I,H and S component of the image using the IHS transform.Then input infrared and I component of image are decomposed into a series of low frequency and high frequency subband by using multi-resolution transform tools.The low frequency subband coefficients and high frequency subband coefficients using the appropriate fusion rules.The new image of Inewis obtained by taking inverse multi-resolution transform of the fused coefficients.At last the fusion color image is obtained by taking inverse IHS transform of the Inew,H and S component of the image.Simulation results show that the algorithm based on the IHS transform obtains a good fusion effect.