吉林大学学报(工学版) ›› 2016, Vol. 46 ›› Issue (6): 2052-2058.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201606039

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基于稀疏补算子学习的图像融合方法

尹明1, 2, 战荫伟3, 裴海龙2   

  1. 1.广东工业大学 自动化学院,广州 510006;
    2.华南理工大学 自主系统与网络控制教育部重点实验室,广州 510641;
    3.广东工业大学 计算机学院,广州 510006
  • 收稿日期:2016-03-22 出版日期:2016-11-20 发布日期:2016-11-20
  • 通讯作者: 战荫伟(1966-),男,教授,博士.研究方向:图像处理.E-mail:ywzhan@gdut.edu.cn
  • 作者简介:尹明(1975-),男,副教授,博士.研究方向:机器学习、模式识别及图像处理.E-mail:yiming@gdut.edu.cn
  • 基金资助:
    广东省自然科学基金面上项目(2014A030313511); 广东省教育厅高等院校学科建设专项基金项目(12ZK0362); 自主系统与网络控制教育部重点实验室开放基金项目(2013A06); 教育部留学回国人员科研启动基金项目; 广东省科技计划项目(2014B040401012)

Co-sparse analysis operator learning for image fusion

YIN Ming1, 2, ZHAN Yin-wei3, PEI Hai-long2   

  1. 1.School of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;
    2.Key Lab of Autonomous Systems and Networked Control, Ministry of Education, Guangzhou 510641, China;
    3.School of Computer Science and Technology, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
  • Received:2016-03-22 Online:2016-11-20 Published:2016-11-20

摘要: 为获得高质量融合图像,本文运用稀疏补分解理论,提出了一种新的多聚焦图像融合方法。首先给出了正则化约束下的稀疏补分解算子学习模型,并从相似样本数据训练出分解算子;再利用分解算子从待融合图像中提取稀疏特征,经取大融合规则获得融合系数;最后通过极小化全变差问题重建融合图像。实验结果表明,本文方法优于稀疏综合表示的图像融合算法:在互信息指标上,最大增益为0.65;在QABF指标上,最大增益为0.1。

关键词: 计算机应用, 稀疏补分解, 特征提取, 稀疏表示, 图像融合, 多聚焦

Abstract: In order to achieve image fusion with high quality, a multi-focus image fusion scheme with co-sparse analysis is proposed. First, a co-sparse analysis operator learning model under regularization is developed, for which the analysis operator is obtained with similarity training data. Then, the images to be fused are represented by the salient features extracted with the analysis operator and their corresponding fusion coefficients are obtained with the choose-max rule. Finally, the fused image is reconstructed by minimizing a total variation norm regularized problem. Experimental results show that the proposed method outperforms the sparse synthesis based fusion method; the gain of the proposed method is up to 0.65 in terms of mutual information and 0.1 in terms of QABF.

Key words: computer application, co-sparse analysis, feature extraction, sparse representation, image fusion, multi-focus

中图分类号: 

  • TP391
[1] 牛轶峰, 沈林成. 基于IMOPSO算法的多目标多聚焦图像融合[J].电子学报, 2006, 34(9):1578-1583.
Niu Yi-feng, Shen Lin-cheng. Multiobjective optimization for multifocus image fusion using IMOPSO[J]. Chinese Journal of Electronics, 2006, 34(9): 1578-1583.
[2] Petrovic V S, Xydeas C S. Gradient-based multi-resolution image fusion[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2004, 13(2): 228-237.
[3] Mohammad Bagher Akbari Haghighat, Ali Aghagolzadeh, Hadi Seyedarabi. Multi-focus image fusion for visual sensor networks in DCT domain[J]. Computers & Electrical Engineering, 2011,37(5):789-797.
[4] Tang Lei, Zhao Feng, Zhao Zong-gui. The nonsubsampled contourlet transform for image fusion[C]∥In Proceedings of ICWAPR '07, Beijing,China,2007:305-310.
[5] Tessens L, Ledda A, Pizurica A, et al. Extending the depth of field in microscopy through curvelet-based frequency-adaptive image fusion[C]∥In Proceedings of ICASSP,Honolulu,USA,2007:I-861-864.
[6] Yang Bin,Li Shu-tao. Multifocus image fusion and restoration with sparse representation[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2010,59(4):884-892.
[7] 陈浩, 王延杰. 基于拉普拉斯金字塔变换的图像融合算法研究[J].激光与红外, 2009,39(4):439-442.
Chen Hao, Wang Yan-jie. Research on image fusion algorithm based on Laplacian pyramid transform[J]. Laser & Infrared,2009,39(4):439-442.
[8] Donoho D L, Huo X. Uncertainty principles and ideal atomic decomposition[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2001, 47(7):2845-2862.
[9] Elad M, Bruckstein A M. A generalized uncertainty principle and sparse representation in pairs of bases[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2002, 48(9):2558-2567.
[10] Yu Nan-nan, Qiu Tian-shuang, Bi Feng, et al. Image features extraction and fusion based on joint sparse representation[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2011, 5(5): 1074-1082.
[11] 余南南,邱天爽,毕峰,等.基于K-SVD的医学图像特征提取和融合[J]. 大连理工大学学报, 2012(4):605-609.
Yu Nan-nan, Qiu Tian-shuan, Bi Feng, et al. Medical image features extraction and fusion based on K-SVD[J]. Journal of Dalian University of Technology, 2012(4):605-609.
[12] Yu Xian-chuan, Gao Guan-yin, Xu Jin-dong, et al. Remote sensing image fusion based on sparse representation[C]∥2014 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2014:2858-2861.
[13] Elad M, Milandfar P, Rubinstein R. Analysis versus synthesis in signal priors[J]. Inverse Problems, 2007, 23(3): 947-968.
[14] 张宗念,李金徽,黄仁泰,等. 稀疏补分析模型下迭代硬阈值正交投影[J]. 计算机应用,2013,33(8): 2387-2389,2393.
Zhang Zong-nian, Li Jin-hui, Huang Ren-tai, et al. Iterative hard thresholding orthogonal projection under cosparsity analysis model[J]. Journal of Computer Applications, 2013, 33(8): 2387-2389,2393.
[15] Nam S, Davies M E, Elad M, et al. The cosparse analysis model and algorithms[J].Applied and Computational Harmonic Analysis, 2013,34(1):30-56.
[16] Mehrdad Yaghoobi, Sangnam Nam, Remi Gribonval, et al. Constrained overcomplete analysis operator learning for cosparse signal modelling[J]. IEEE Transaction on Signal Processing, 2013,61(9):2341-2355.
[17] Ning Qiang, Chen Kan, Li Yi, et al. Image super-resolution via analysis sparse prior[J]. IEEE Signal Processing Letters, 2013, 20(4):399-402.
[18] 严洁, 阮友田, 薛珮瑶. 主被动光学图像融合技术研究[J]. 中国光学, 2015,8(3): 378-385.
Yan Jie, Ruan You-tian, Xue Pei-yao. Active and passive optical image fusion technology[J]. Chinese Optics, 2015,8(3): 378-385.
[19] 孙寿健, 魏立线, 刘佳, 等. 一种基于权重融合的JPEG隐写分析方法[J]. 液晶与显示, 2015, 30(2): 326-332.
Sun Shou-jian, Wei Li-xian, Liu Jia, et al. A rights-based re-integration method for JPEG steganalysis[J]. Chinese Journal of Liquid Crystal and Displays, 2015, 30(2): 326-332.
[20] 王嘉成, 孙海江, 刘培勋, 等. 高分辨率多传感器融合图像跟踪系统的设计与实现[J]. 液晶与显示, 2016, 31(8): 825-830.
Wang Jia-cheng, Sun Hai-jiang, Liu Pei-xun, et al. Design and implementation of high resolution multi-sensors fusion tracking system[J]. Chinese Journal of Liquid Crystal and Displays, 2016, 31(8): 825-830.
[21] 许廷发, 李俊涛, 张一舟, 等. 真彩色传递双波段图像融合[J]. 中国光学, 2014,7(3): 402-410.
Xu Ting-fa, Li Jun-tao, Zhang Yi-zhou, et al. True color transfer for dual band image fusion[J]. Chinese Optics, 2014,7(3): 402-410.
[22] Beck A, Teboulle M. Fast gradient-based algorithms for constrained total variation image denoising and deblurring problems[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2009, 18, 2419-2434.
[23] Liu Yu, Wang Zeng-fu. Simultaneous image fusion and denoising with adaptive sparse representation[J]. IET Image Processing, 2015,9(5):347-357.
[1] 刘富,宗宇轩,康冰,张益萌,林彩霞,赵宏伟. 基于优化纹理特征的手背静脉识别系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1844-1850.
[2] 王利民,刘洋,孙铭会,李美慧. 基于Markov blanket的无约束型K阶贝叶斯集成分类模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1851-1858.
[3] 金顺福,王宝帅,郝闪闪,贾晓光,霍占强. 基于备用虚拟机同步休眠的云数据中心节能策略及性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1859-1866.
[4] 赵东,孙明玉,朱金龙,于繁华,刘光洁,陈慧灵. 结合粒子群和单纯形的改进飞蛾优化算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1867-1872.
[5] 刘恩泽,吴文福. 基于机器视觉的农作物表面多特征决策融合病变判断算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1873-1878.
[6] 欧阳丹彤, 范琪. 子句级别语境感知的开放信息抽取方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1563-1570.
[7] 刘富, 兰旭腾, 侯涛, 康冰, 刘云, 林彩霞. 基于优化k-mer频率的宏基因组聚类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1593-1599.
[8] 桂春, 黄旺星. 基于改进的标签传播算法的网络聚类方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1600-1605.
[9] 刘元宁, 刘帅, 朱晓冬, 陈一浩, 郑少阁, 沈椿壮. 基于高斯拉普拉斯算子与自适应优化伽柏滤波的虹膜识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1606-1613.
[10] 刘哲, 徐涛, 宋余庆, 徐春艳. 基于NSCT变换和相似信息鲁棒主成分分析模型的图像融合技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1614-1620.
[11] 车翔玖, 王利, 郭晓新. 基于多尺度特征融合的边界检测算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1621-1628.
[12] 赵宏伟, 刘宇琦, 董立岩, 王玉, 刘陪. 智能交通混合动态路径优化算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1214-1223.
[13] 黄辉, 冯西安, 魏燕, 许驰, 陈慧灵. 基于增强核极限学习机的专业选择智能系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1224-1230.
[14] 傅文博, 张杰, 陈永乐. 物联网环境下抵抗路由欺骗攻击的网络拓扑发现算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1231-1236.
[15] 曹洁, 苏哲, 李晓旭. 基于Corr-LDA模型的图像标注方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1237-1243.
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  Shared   
  Discussed   
[1] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[2] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[3] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[4] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[5] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[6] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[7] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[8] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .
[9] 肖赟, 雷俊卿, 张坤, 李忠三. 多级变幅疲劳荷载下预应力混凝土梁刚度退化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 665 -670 .
[10] 肖锐, 邓宗才, 兰明章, 申臣良. 不掺硅粉的活性粉末混凝土配合比试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 671 -676 .