一種圖像像素級融合處理方法及裝置的製作方法

2023-05-16 22:26:06

專利名稱：一種圖像像素級融合處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於圖像處理技術領域，尤其涉及一種圖像像素級融合處理方法及 裝置。
背景技術：
多分量圖像是指圖像的每個像素點可以表示為 一個矢量的圖像，多分量是 與單分量相對，多分量也稱為多色或者多光譜。典型的多分量圖像如雙波段 圖像，彩色圖像以及多光譜圖像等等。當多分量圖像的像素點矢量的分量數大於3時，人的視覺系統無法直接接 收多分量圖像中的全部信息。現有技術中，為了適應人的視覺系統， 一般採取 兩類方式第一類方式，將分量大於3的多分量圖像每次選出3種分量，將它們映射 到RGB三色通道顯示，這種方式的缺點是無法同時觀察到大於三個分量的信 息；第二類方式，將多分量圖像的像素矢量首先進行降維，然後將降維後的像 素矢量選出3個分量，將它們映射到RGB三色通道顯示，這種方式的優點是提 供了同時觀察含有三個分量以上的多分量信息的能力。目前第二類方式的已有的典型的方法是基於主分量分析降維可視化方法，該方法首先計算多分量圖像^^素矢量的協方差矩陣，求出協方差矩陣的特徵值， 根據特徵值的能量分布選出3個合適的特徵值對應的特徵矢量，然後將多分量 圖像投影到這3個特徵矢量方向上，從而將多分量圖像像素矢量降為三維，然 後將它們映射到RGB三色通道顯示。由於上述主分量分析降維可一見化方法是一種基於統計的方法，若多分量圖-像中某些特有的像素點矢量在統計上處於劣勢，則在降維以後的圖像中這些像 素點的信息將可能被忽略而無法被有效觀察到。發明內容本發明實施例的目的在於提供一種圖像像素級融合處理方法，旨在解決現 有統計融合技術中容易將統計上處於劣勢的多分量像素點信息忽略的問題。本發明實施例是這樣實現的， 一種圖像像素級融合處理方法，所述方法包括以下步驟將多分量圖像的像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓圓周上的力；計算所述像素點矢量的分量對應的力對該單位圓圓心合力矩的等效力的向徑方向H;計算所述像素點矢量的分量對應的力的力矩在單位圓周上分布的不平衡度S;計算所述^f象素點矢量的分量對應的力的平均強度V;將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色調、飽和度和強度值，並將映射 成的顏色的色調、飽和度和強度值分別轉換為RGB三基色空間的R、 G、 B顏 色矢量。本發明實施例的另一目的在於提供一種圖像像素級融合處理裝置，所述裝 置包括像素點矢量映射模塊，用於將多分量圖像的像素點矢量的每個分量映射為 分布在一單位圓圓周上的力；向徑方向計算^t塊，用於計算所述像素點矢量的分量對應的力對該單位圓 圓心合力矩的等效力的向徑方向H;不平衡度計算模塊，用於計算所述像素點矢量的分量對應的力的力矩在單 位圓周上分布的不平衡度S;強度計算模塊，用於計算所述像素點矢量的分量對應的力的平均強度V;圖像映射模塊，用於將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色調、飽和度 和強度值，並將映射成的顏色的色調、飽和度和強度值分別轉換為RGB三基色 空間的R、 G、 B顏色矢量。本發明實施例通過將像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓周上的 力，分別計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力矩在單位圓周上 的等效力的向徑方向H、分量對應的力的力矩在單位圓周上分布的不平衡度S 以及分量對應的力的平均強度V,並將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色 調、飽和度和強度值，將顏色的色調、飽和度和強度值轉換為RGB三基色空間 的R、 G、 B顏色矢量，實現了用非統計技術將任意分量數的圖像在像素級融合 為三分量的彩色圖像，解決了現有主分量分析等統計融合技術在融合過程中容 易將統計上處於劣勢的多分量像素點信息忽略的問題。


圖1是本發明實施例提供的圖像像素級融合處理方法的流程圖；圖2是本發明實施例使用的單位圓周示意圖；圖3是本發明實施例提供的像素點矢量映射的示意圖；圖4是本發明實施例使用的力矩示意圖；圖5是本發明實施例使用的兩個矢量叉積示意圖；圖6是本發明實施例提供的力的劃分示意圖；圖7是本發明實施例提供的圖像像素級融合處理裝置的結構圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明實施例通過將^f象素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓周上的 力，分別計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力矩在單位圓周上的等效力的向徑方向H、分量對應的力的力矩在單位圓周上分布的不平衡度S 以及分量對應的力的平均強度V,並將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色 調、飽和度和強度值，將顏色的色調、飽和度和強度值轉換為RGB三基色空間 的R、 G、 B顏色矢量。圖1示出了本發明實施例提供的圖像像素級融合處理方法的流程，詳述如下。在步驟S101中，將像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓圓周上 的力。在具體實施過程中，設置一單位圓，針對像素點矢量的每個分量對應的力， 在單位圓周上指派一個作用點，其中，每個分量值的大小為該分量對應的力的 大小，力的作用方向與單位圓周的法線方向同向。本發明中的單位圓周是指在原點為O，坐標軸分別為x、 y、 z的3維直角 坐標系Oxyz中，在xOy平面上的圓心在原點O處的單位圓的圓周。請參閱圖 2。單位圓周上的任意一點rk=(xk， yk, O)是一個xOy平面上的矢量，且滿足公式(1)IWhA2+W=i (i) 在公式(1)中，卜II為矢量的長度運算公式，該單位圓周的法線方向為z4由的方向。其中，像素點矢量的每個分量排列序的確定一般與問題域有關，且一般與 多分量圖像的獲取過程或獲取方式有關。譬如，太赫茲時域光i普(THz-TDS)圖像中的每個像素在獲取時得到的是 一個時間響應脈衝，經過相應處理得到的頻鐠或吸收譜是一個高維矢量，該矢 量中每個分量的排列一般是按照譜的波長序排列的，具有自然的序結構。而遙感多光i普圖像中的各個單色光i普圖有些是同時且通過同一個傳感器獲得的，有 些是同時但通過不同傳感器獲得然後經過校正後的圖，有些是非同時、非同一 傳感器獲得並經過校正後的圖，這些組成多分量圖像的各個單色光譜圖的分量 排列方式可以按照光譜的波長排列，也可以按照特定的問題域的要求排列。在本發明中，將像素點矢量的每個分量映射為分布在單位圓周上的力時， 向徑在單位圓周上可以是均勻映射，也可以是非均勻映射。由於向徑是在單位 圓周上，而單位圓在xOy平面內，其一般的表達式如公式(2)所示rt = (Wjt,0) (2)並且該公式滿足單位圓周的公式(1) : W = " + W=1° 對於均勻映射的情況，假設規定第一個分量的向徑為r產(l，O, 0)，則分量 的向徑可以同 一 由公式(3)計算得到l<k《n (3)formula see original document page 9像素的每個分量fk對應的"力"Fk由公式(4)給出 屍,(O,O,g, l<k<n (4) 該力作用點在對應的向徑rk處，從而得到與單位圓周相關的一個"力系" fformula see original document page 9(5)請參閱圖3。在步驟S102中，計算像素點矢量的分量對應的力對該單位圓圓心合力矩的 等效力的向徑方向H。在具體實施過程中，首先計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力矩M;根據剛體力學理論，已知由O點發出的向徑rk和在向徑端上作用的力Fk， 則該力對點O的力矩可以用公式(6)計算得到Mfc=riXFfc (6) 力矩Mk是一個矢量，請參閱圖4。其中，公式(6)中矢量的叉積運算由以下定義得到假設給定兩個3維實向量p"A,^,A)ei 3和q-(g，,&,仏)ei 3 ,則其叉積運 算記為公式(7 )m = pxq =A A A< 2 3(7)也可以記為等價的展開公式(8):m = px q =-+ (艦-+ (順-觸)A: ( 8 )在公式(7)和公式(8)中，i = (l，0，0)， j = (0，l,0)， k-(O,O,l)為三維空間 中沿坐標軸方向的單位矢量。由上可知，兩個3維矢量的叉積運算仍然是一個 3維矢量，且與原來的兩個矢量均正交，其方向符合右手規則，請參閱圖5。已知由剛體上點O發出的向徑系{rk， 1《k < n }和作用於向徑端的力系{Fk， 1 <k,|>4>^ (9) 合力矩M是n個分量力矩的和，也是一個矢量。對於如公式(2)(4)(5)所定義的向徑和力系，由力學原理可知，各分量力矩 Mk是一個在xOy平面內，垂直於矢量rk和Fk的矢量，因此其合力矩M也是 一個在xOy平面中的矢量。假設||M||#0，則力矩的方向可以由單位方向矢量 m表示rw = j0j = O^,Wy，O) (10)假設有一個作用在單位圓周上的等效的力F=(0，0，f)也可以產生力矩M， 則力F的向徑ep可以由公式(l l)計算得到ep = ez x w = (a,/ "0) = (一/^,m^0) (11)其中在/>式(11)中，ez = (0,0,1)。向徑ep方向指向的是產生合力矩M的力佔優方向，該方向也是多分量圖像像素矢量的n個分量共同作用下的"色譜"佔優的方向，我們將其稱為多分 量圖像像素點的主色調方向，其指向的方向角H可由公式(12)計算得到。arctanformula see original document page 110, a:O，; ,O 其中，HE
。其中，在該向徑方向H上等效力的作用方向與單位圓的法線方向同向。 在步驟S103中，計算像素點矢量的分量對應的力的力矩在單位圓圓周上 分布的不平衡度S。在具體實施過程中，過原點O,在xOy平面內做垂直於向徑ep的直線Lm, Lm將在單位圓周上分布的力系((rk, Fk)， 1 <k《n }分成兩個分布在直線Lm兩 側的子力系((rp，Fp》和((rq，Fq》，請參閱圖6，這兩個子力系對直線Lm的力矩 Mp和Mq的模量可由公式(13)和公式(14)分別計算得到，其中，力矩Mp和Mq 的方向相反formula see original document page 11其中在公式(13)和公式(14)中，為矢量的內積運算符，內積運算定 義如下即若給定兩個n維實向量p-(/va,L ,/7 )ei "和q = (a,《2,L ,&) e i "，則其 內積運算記為公式(15) = A《+;^2 + +/w" = 2觸 (15)其中在公式(13)和乂>式(14)中，sgn[']為符號函數，其運算法則如公式(16)formula see original document page 12(16)由於ep為產生合力矩的力佔優的方向，因此，||Mp|| > ||Mq|| > 0。 ||Mp|| 和IIMqll表徵了以主色調的方向ep為法向量的平面將單位圓周分為兩半後，每一 半所在的多分量語對應的力系對合力矩的貢獻。也反映了分布在單位圓周上的 多分量譜的非均衡性。為此可以定義非均衡性度量S:(17)formula see original document page 12(18)在公式(17)和(18)中，Se[O, 1], cc〉0是一個調節因子，在實際使用中一 般可以選a-l/4。由公式(17)或(18)定義的S可以表徵像素矢量的分量的力矩在單位圓周上 的不平衡度，我們稱其為多分量圖像像素矢量的"飽和度"。在步驟S104中，計算像素點矢量的分量對應的力的平均強度V。 對於像素點矢量f:(&，f2，…，fn)，其分量的平均值為^丄lX (19)由公式(19)計算的平均值V我們稱為多分量圖像像素點矢量的"強度"。 V的意義可以解釋為像素點矢量中分量的平均強度，也可以解釋為像素點矢量 在"白光"W = (l,l，…，1)方向上的投影長度Vw經過規範化後的結果。需要說明的是，本發明實施例在計算上述的H、 S、 V時，並不一定是按照 一定的順序進行計算，可以同時計算H、 S、 V 。在步驟S105中，將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色調、飽和度和強度值，並將映射成的顏色的色調、飽和度和強度值轉換為RGB三基色空間的 R、 G、 B顏色矢量。以上各個步驟得到的H、 S、 V分別度量了按照一定順序排列在單位圓周上 的多分量圖像像素點矢量f-(&，f2，…，fn)的色譜佔優的方向、色譜在單位圓周 上分布的不均衡性以及色語的平均能量，與顏色三特徵空間中的"色調，，，"飽 和度"和"強度"的意義類似，分別對應多分量圖像像素點矢量f=(fb f2,…，fn) 融合降維為3分量彩色圖像後的色調，飽和度和強度。為了便於用通用的顯示設備對像素點矢量f = (f\, f2,…，fn)的這三個特徵進行可視化，需要進行顏色三特徵HSV空間到RGB三基色顏色空間變換HSV—RGB,現有技術中，顏色空間變換關係式有多種，此處不再--列舉。本發明實施例還提供一種圖像像素級融合處理裝置，請參閱圖7。其中，像素點矢量映射模塊71將像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓圓周上的力。作為本發明的實施例，該像素點矢量映射模塊71包括單位圓處理模塊711。單位圓處理模塊711設置一單位圓，針對像素點矢量的每個分量對應的力， 在單位圓的圓周上指派一個作用點，其中，每個分量值的大小為該分量對應的 力的大小，力的作用方向與單位圓周的法線方向同向。在具體實施過程中，將像素點矢量的每個分量映射為分布在單位圓周上的 力時，向徑在單位圓圓周上的分布可以是均勻，也可以是非均勻的。向徑方向計算模塊72計算像素點矢量的分量對應的力對該單位圓圓心合 力矩的等效力的向徑方向H。該向徑方向計算模塊72包括合力矩計算模塊721。合力矩計算模塊721計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力 矩M，並通過合力矩的方向，控制向徑方向計算模塊72計算出作用點在單位 圓周上的等效力所在的向徑方向H，其中，在該向徑方向H的等效力的作用方 向與單位圓的法線方向同向。不平衡度計算模塊73計算像素點矢量的分量對應的力矩在單位圓圓周上分布的不平衡度S，該不平衡度計算模塊73包括劃線模塊731生成一過單位圓圓心、且平行於合力矩M的直線Lm;分力劃分^f莫塊732通過直線Lm將分布在單位圓上的力分成直線Lm兩側 的兩《且分力Fp和Fq;分力合力矩計算模塊733分別計算兩組分力Fp和Fq對直線Lm的合力矩 Mp和Mq,並控制不平衡度計算模塊73計算合力矩Mp和Mq的不平衡度S。強度計算模塊74計算像素點矢量的分量對應的力的平均強度V。圖像映射模塊75將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色調、飽和度和 強度值，將映射成的顏色的色調、飽和度和強度值轉換為RGB三基色空間的R、 G、 B顏色矢量。本發明實施例通過將像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓周上的 力，分別計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力矩在單位圓周上 的等效力的向徑方向H、分量對應的力的力矩在單位圓周上分布的不平衡度S 以及分量對應的力的平均強度V,並將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色 調、飽和度和強度值，將顏色的色調、飽和度和強度值轉換為RGB三基色空間 的R、 G、 B顏色矢量，實現了用非統計技術將任意分量數的圖像在像素級融合 為三分量的彩色圖像，解決了現有主分量分析等統計融合技術在融合過程中容 易將統計上處於劣勢的多分量像素點信息忽略的問題。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
1、一種圖像像素級融合處理方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟將多分量圖像的像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓圓周上的力；計算所述像素點矢量的分量對應的力對該單位圓圓心合力矩的等效力的向徑方向H；計算所述像素點矢量的分量對應的力的力矩在單位圓周上分布的不平衡度S；計算所述像素點矢量的分量對應的力的平均強度V；將計算出的H、S、V分別映射為顏色的色調、飽和度和強度值，並將映射成的顏色的色調、飽和度和強度值分別轉換為RGB三基色空間的R、G、B顏色矢量。
2、 如權利要求1所述的圖像像素級融合處理方法，其特徵在於，所述將像 素點矢量的每個分量映射為分布在單位圓圓周上的力的步驟具體包括設置一單位圓，針對像素點矢量的每個分量對應的力，在該單位圓的圓周 上指派一個作用點，其中，所述每個分量值的大小為該分量對應的力的大小， 所述力的作用方向為該單位圓的法線方向。
3、 如權利要求1所述的圖像像素級融合處理方法，其特徵在於，所述計算 所述像素點矢量的分量對應的力對該單位圓圓心合力矩的等效力的向徑方向H 的步驟具體包括計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力矩M; 通過合力矩的方向，計算出作用點在單位圓圓周上的等效力所在的向徑方 向H，其中，該向徑方向H的等效力的作用方向與單位圓的法線方向同向。
4、 如權利要求1所述的圖像像素級融合處理方法，其特徵在於，所述計算 所述像素點矢量的分量對應的力的力矩在單位圓周上分布的不平衡度S的步驟 具體包括生成一過所述單位圓圓心、且平行於合力矩M的直線Lm; 通過所迷直線Lm將分布在單位圓周上的力分成直線Lm兩側的兩組分力 Fp和Fq;分別計算所述兩組分力Fp和Fq對直線Lm的合力矩Mp和Mq; 計算所述合力矩Mp和Mq的不均衡度S。
5、 如權利要求1所述的圖像像素級融合處理方法，其特徵在於，所述將像 素點矢量的每個分量映射為分布在單位圓圓周上的力時，向徑在單位圓圓周上 的分布是均勻的或者非均勻的。
6、 一種圖像像素級融合處理裝置，其特徵在於，所述裝置包括像素點矢量映射模塊，用於將多分量圖像的像素點矢量的每個分量映射為 分布在一單位圓圓周上的力；向徑方向計算模塊，用於計算所述像素點矢量的分量對應的力對該單位圓 圓心合力矩的等效力的向徑方向H;不平衡度計算模塊，用於計算所述像素點矢量的分量對應的力的力矩在單 位圓周上分布的不平衡度S;強度計算模塊，用於計算所述像素點矢量的分量對應的力的平均強度V;圖像映射模塊，用於將計算出的H、 S、 V分別映射為顏色的色調、飽和度 和強度值，並將映射成的顏色的色調、飽和度和強度值分別轉換為RGB三基色 空間的R，、 G、 B顏色矢量。
7、 如權利要求6所述的圖像像素級融合處理裝置，其特徵在於，所述像素 點矢量映射模塊包括；單位圓處理模塊，用於設置一單位圓，針對像素點矢量的每個分量對應的 力，在該單位圓的圓周上指派一個作用點，其中，所述每個分量值的大小為該 分量對應的力的大小，所述力的作用方向為該單位圓的法線方向。
8、 如權利要求6所述的圖像像素級融合處理裝置，其特徵在於，所述向徑 方向計算模塊包括；合力矩計算模塊，用於計算像素點矢量的分量對應的力對單位圓圓心的合力矩M,並通過合力矩的方向，控制所述向徑方向計算模塊計算出作用點在單 位圓周上的等效力所在的向徑方向H，其中，該向徑方向H的等效力的作用方 向與單位圓的法線方向同向。
9、 如權利要求6所述的圖像像素級融合處理裝置，其特徵在於，所述不平 衡度計算模塊包括；劃線模塊，用於生成一過所述單位圓圓心、且平行於合力矩M的直線Lm;分力劃分模塊，用於通過所述直線Lm將分布在單位圓上的力分成直線Lm 兩側的兩組分力Fp和Fq;分力合力矩計算模塊，用於分別計算所述兩組分力Fp和Fq對直線Lm的 合力矩Mp和Mq,並控制所述不平衡度計算模塊計算所述合力矩Mp和Mq的 不均衡度S。
10、 如權利要求6所述的圖像像素級融合處理裝置，其特徵在於，所述將 像素點矢量的每個分量映射為分布在單位圓圓周上的力時，向徑在單位圓周上 的分布是均勻或者非均勻的。
全文摘要
本發明適用於圖像處理技術領域，提供了一種圖像像素級融合處理方法及裝置，所述方法包括將多分量圖像的像素點矢量的每個分量映射為分布在一單位圓圓周上的力；計算所述像素點矢量的分量對應的力對該單位圓圓心合力矩的等效力的向徑方向H；計算所述像素點矢量的分量對應的力的力矩在單位圓圓周上分布的不平衡度S；計算所述像素點矢量的分量對應的力的平均強度V；將計算出的H、S、V分別映射為顏色的色調、飽和度和強度值，並將映射成的顏色的色調、飽和度和強度值分別轉換為RGB三基色空間的R、G、B顏色矢量。本發明實現了用非統計技術將多分量圖像在像素級融合為三分量的彩色圖像，解決了統計融合技術在融合過程中容易將統計上處於劣勢的多分量像素點信息忽略的問題。
文檔編號G06T3/00GK101334892SQ20081006802
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月24日 優先權日2008年6月24日
發明者烜 楊, 裴繼紅, 謝維信 申請人:裴繼紅