多傳感器圖像融合技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

彭碩玲

摘 ?要：多傳感器圖像融合技術(shù)是將多個(gè)傳感器在相同時(shí)間下所取得的有關(guān)某個(gè)實(shí)際場(chǎng)景的圖像或者相應(yīng)的序列信息進(jìn)行綜合，形成一個(gè)全新的有關(guān)該場(chǎng)景的闡述，而這個(gè)闡述無(wú)法利用單一傳感器來(lái)獲取。通過(guò)將多個(gè)傳感器所獲取的圖像信息進(jìn)行融合，可有效彌補(bǔ)單一傳感器圖像存在的缺陷，增強(qiáng)圖像的質(zhì)量，有助于對(duì)事件及物理現(xiàn)象進(jìn)行精確的識(shí)別、定位和闡述。由于圖像信號(hào)過(guò)于復(fù)雜與特殊，多傳感器圖像融合技術(shù)并未取得廣泛應(yīng)用，且尚未構(gòu)建起統(tǒng)一的理論系統(tǒng)，有待深入研究。

關(guān)鍵詞：圖像融合 ?傳感器 ?質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TN91 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）03（b）-0006-02

目前，利用遙感應(yīng)用來(lái)獲取數(shù)據(jù)信息的手段越來(lái)越多，由早期單一的可見(jiàn)光傳感器到現(xiàn)階段的多源傳感器，其所收集的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大。這些海量的數(shù)據(jù)對(duì)使用人員造成了極大的困擾，使得人們不得不研發(fā)更好的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以篩選出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。通過(guò)開(kāi)展研究發(fā)現(xiàn)，由各個(gè)傳感器所收集的數(shù)據(jù)，不僅存在一定的互補(bǔ)性，而且存在較大的冗余性，這極大地彌補(bǔ)了單一傳感器的缺陷。隨后學(xué)者們開(kāi)始嘗試將這些海量數(shù)據(jù)融為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行利用，以更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)信息的作用。在20世紀(jì)80年代，該技術(shù)逐漸成為一種全新的技術(shù)-數(shù)據(jù)融合技術(shù)，并且在90年代以來(lái)，該技術(shù)取得了十分廣泛的應(yīng)用，在遙感圖像的處理、工業(yè)領(lǐng)域等各個(gè)范疇中取得了廣泛應(yīng)用，各個(gè)數(shù)據(jù)融合技術(shù)也得到了深入的研發(fā)。

1 ?多傳感器圖像融合技術(shù)的概述

1.1 概念

圖像融合技術(shù)屬于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)中的一種，指的是將多個(gè)圖像信息進(jìn)行融合來(lái)獲取相同場(chǎng)景下更為準(zhǔn)確有效的圖像闡述。對(duì)于各個(gè)圖像數(shù)據(jù)中的互補(bǔ)信息及冗余信息，圖像融合可以對(duì)其進(jìn)行更好的利用。這個(gè)圖像融合與人、機(jī)器所具備的視覺(jué)特性將會(huì)更為符合，有助于人們對(duì)圖像進(jìn)行深入的分析，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效的檢測(cè)、識(shí)別或者追蹤。在某種狀況下，由于受到各個(gè)因素的影響，如環(huán)境、目標(biāo)所處的位置及狀態(tài)等，單一傳感器所采集的圖像信息已無(wú)法滿足目標(biāo)及場(chǎng)景的檢測(cè)需求，而圖像融合技術(shù)可以很好地解決該問(wèn)題。作為一種融合信息的一種核心手段，圖像融合技術(shù)在社會(huì)上諸多領(lǐng)域都取得了廣泛應(yīng)用。

1.2 工作原理

由于對(duì)各個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息的互補(bǔ)性進(jìn)行了充分利用，多傳感器信息融合技術(shù)可以更加精確可靠地獲取環(huán)境及目標(biāo)的信息。與數(shù)據(jù)融合技術(shù)相對(duì)應(yīng)，圖像融合技術(shù)也存在3級(jí)：一是像素級(jí)。這一級(jí)屬于最低層次的融合，其主要是對(duì)原始數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合處理，如紅外、可見(jiàn)光等，這種融合方式具有較高的精確度，且信息丟失量較小，但數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)量和計(jì)算量也是最大的。二是特征級(jí)。這一級(jí)屬于中間層次，是對(duì)已完成預(yù)處理和特征抽取之后的信息進(jìn)行綜合性處理，從而對(duì)多傳感器獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類、歸納和整理。它不僅可以對(duì)信息量進(jìn)行有效的壓縮，而且可以儲(chǔ)存一些重要的信息，并且這種融合方式要比像素融合的速度快。三是決策級(jí)。這一級(jí)屬于最高級(jí)的信息融合，在進(jìn)行融合之前，各個(gè)傳感器所進(jìn)行的處理已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了決策、分類工作，此時(shí)開(kāi)展融合工作的本質(zhì)就是根據(jù)相應(yīng)的原則及各個(gè)傳感器決策級(jí)分類的可信性進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而取得最佳的結(jié)論，為各個(gè)決策信息提供可靠的依據(jù)。這一級(jí)的融合具有較快的速度，但一定會(huì)損失相應(yīng)的信息[1]。

2 多傳感器圖像融合技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 應(yīng)用領(lǐng)域

目前，該技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。（1）智能機(jī)器人的領(lǐng)域?？梢詫?shí)現(xiàn)動(dòng)作的控制、完成環(huán)境觸覺(jué)力矩的反饋、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別追蹤。通過(guò)運(yùn)用信息融合技術(shù)可以促進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展，而圖像融合技術(shù)作為信息融合技術(shù)的分支，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別。（2）醫(yī)學(xué)影像的領(lǐng)域。手術(shù)過(guò)程中可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助、對(duì)3-D表面進(jìn)行校準(zhǔn)。醫(yī)學(xué)圖像融合主要包含了3個(gè)步驟，分別為轉(zhuǎn)換、配準(zhǔn)和提取信息，該技術(shù)主要是運(yùn)用多源圖像來(lái)獲取互補(bǔ)信息，提升臨床診斷與治療的準(zhǔn)確性。（3）制造行業(yè)。該技術(shù)主要應(yīng)用于電子線路及零件的檢查、產(chǎn)品表面的檢測(cè)、材料的檢驗(yàn)等，同時(shí)也可以對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管。（4）軍事和司法的領(lǐng)域。該技術(shù)可以對(duì)陸戰(zhàn)、海戰(zhàn)及空戰(zhàn)的事件及目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別與追逐，也可以用于隱秘武器的探測(cè)，同時(shí)可以為夜間飛行提供導(dǎo)航服務(wù)。（5）遙感的領(lǐng)域。以攝像及數(shù)字兩種方法為基礎(chǔ)的融合技術(shù)、電磁光譜的運(yùn)用等。

2.2 應(yīng)用舉例

在軍事的領(lǐng)域中圖像融合技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代化的軍用廣電偵查系統(tǒng)及合成孔徑雷達(dá)偵察系統(tǒng)有著復(fù)雜的載體環(huán)境，兩個(gè)系統(tǒng)所具有的目標(biāo)也具備顯著的不明確性和多元化，同時(shí)由于單一傳感器所具備的缺陷，僅僅可以收集環(huán)境的部分信息或某一個(gè)側(cè)面信息，因此，若要利用單一傳感器來(lái)感知和闡述環(huán)境、目標(biāo)的特征是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。軍事領(lǐng)域獲取情報(bào)的關(guān)鍵來(lái)源就是采用多傳感器手段，利用融合技術(shù)來(lái)融合多源信息，從而對(duì)相同事件或目標(biāo)進(jìn)行更加精確、更加本質(zhì)的了解，這對(duì)軍事偵查發(fā)揮著十分重要的作用。通過(guò)運(yùn)用多傳感器圖像融合技術(shù)可以為軍事決策提供可靠、精確的情報(bào)信息，同時(shí)利用該技術(shù)可以對(duì)多個(gè)傳感器所獲取的情報(bào)信息進(jìn)行有效的整合處理，將各種先進(jìn)的情報(bào)偵察及探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的集成，使它們可以相互彌補(bǔ)自身的不足，可以使各個(gè)傳感器充分發(fā)揮自身在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的探測(cè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源與功能的共享互補(bǔ)、提升探測(cè)及對(duì)抗的性能、增加信息量。因此，該技術(shù)具有較大的應(yīng)用潛力，其發(fā)展已經(jīng)得到了各個(gè)國(guó)家的關(guān)注[2]。

3 ?多傳感器圖像融合技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，這種技術(shù)大多集中在人眼和目標(biāo)的識(shí)別中，日后的研究及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)是人們關(guān)注的熱點(diǎn)，并且可以將目前存在的缺陷加以解決，其主要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：（1）對(duì)處于未知?jiǎng)討B(tài)環(huán)境下依舊可以正常工作的多傳感器圖像融合系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，其中主要包含了可以獨(dú)立運(yùn)行的智能系統(tǒng)和輔助人們掌握環(huán)境信息的融合系統(tǒng)。（2）對(duì)各個(gè)融合算法進(jìn)行研發(fā)，尤其是可以進(jìn)行并行或?qū)崟r(shí)處理的算法，在某些大型系統(tǒng)中，通過(guò)運(yùn)用并行性較高的計(jì)算機(jī)，可以增強(qiáng)圖像融合技術(shù)的作用效果。（3）發(fā)展多傳感器融合技術(shù)所需的接口標(biāo)準(zhǔn)，加快相關(guān)系統(tǒng)的研發(fā)與運(yùn)用。（4）對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與人工智能相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行研究，推動(dòng)特征級(jí)與決策級(jí)的融合發(fā)展。（5）積極研發(fā)科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)圖像融合的效果，以明確最優(yōu)的融合算法。（6）對(duì)多傳感器進(jìn)行有效的集成工作，在傳感器的芯片中包含了多個(gè)處理底層信號(hào)和融合算法的傳感器，目前該工作已逐漸成為研究的重點(diǎn)內(nèi)容[3]。

4 ?結(jié)語(yǔ)

多傳感器圖像融合技術(shù)主要是將各個(gè)類型的傳感器所獲取的相同場(chǎng)景下的各個(gè)圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的空間配準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)將各種圖像數(shù)據(jù)所具有的優(yōu)勢(shì)信息進(jìn)行互補(bǔ)，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的融合，使其成為一種全新的、高質(zhì)量的、龐大的圖像信息。在信息融合技術(shù)中，圖像融合技術(shù)是一個(gè)十分重要的分支，目前在軍事、醫(yī)療、器械等多個(gè)領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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