圖像融合技術(shù)在“多媒體課程”中的教學(xué)應(yīng)用

張湃，孟慶瑩

（唐山學(xué)院智能與信息工程學(xué)院，河北唐山，063000）

1 課程教學(xué)安排與特色

（1）教學(xué)課程內(nèi)容

本課程的理論指導(dǎo)為36節(jié)課，介紹數(shù)字圖像處理主要組件的全面概述。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展，適當(dāng)引入軟件仿真和波形仿真，注重加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

通過教授基礎(chǔ)理論，教師可以結(jié)合課程組在相關(guān)領(lǐng)域的最新科學(xué)發(fā)展和相關(guān)研究成果，將該領(lǐng)域的最新知識(shí)傳授給學(xué)生。建議通過學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中有關(guān)“數(shù)字圖像處理”的課程知識(shí)，設(shè)計(jì)并完成數(shù)字圖像處理項(xiàng)目，以便逐步升級(jí)。這是一個(gè)非常理論化的過程，涉及到大量的知識(shí)。親自觀察和感受數(shù)字圖像處理中使用的豐富儀器、設(shè)備和組件，使學(xué)生不再對(duì)學(xué)習(xí)書本知識(shí)感到厭倦，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解。

（3）課程考試和成績?cè)u(píng)估

為了改變學(xué)生重理論、輕實(shí)踐的學(xué)習(xí)現(xiàn)象，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，課程組增加了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)的比例，并研究了全過程評(píng)價(jià)模式。目前，課程分?jǐn)?shù)的百分比為：期末論文（70%）到標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)（20%）到考試分?jǐn)?shù)（10%）。所以教師有一定的自由。

（4）課程發(fā)展目標(biāo)

課程的目的是引導(dǎo)“圖像處理”的概念朝著“堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)、強(qiáng)有力的實(shí)踐、注重創(chuàng)新；根據(jù)學(xué)生在教育和研究中的適合性和成長性”的方向發(fā)展，在建立研究課程體系、課程內(nèi)容體系和標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)過程的基礎(chǔ)上，優(yōu)化教學(xué)條件，加強(qiáng)現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，改進(jìn)實(shí)踐內(nèi)容和考試方法；作為保證，通過組建高素質(zhì)的學(xué)習(xí)小組，注重培養(yǎng)學(xué)生的科研精神和創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生具備全面創(chuàng)新的設(shè)計(jì)能力，充分發(fā)揮自己的知識(shí)、技能和素質(zhì)，適應(yīng)信息社會(huì)的需要，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。

2 課程改革與探索

從從理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)的角度來看，本文提出了課程建設(shè)的若干具體步驟：

在高校中，校園文化、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)氛圍都是混合式教學(xué)的催化劑?；旌鲜浇虒W(xué)離不開學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、各職能部門的支持，同時(shí)教師、學(xué)生要目標(biāo)一致，才能取得成功。混合式教學(xué)是一種新的教學(xué)模式，在教學(xué)實(shí)施過程中會(huì)與原教學(xué)大綱有一定的沖突，比如對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的講解方式會(huì)減少，增加網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和課堂討論環(huán)節(jié)，在學(xué)校職能部門在考核中要全面進(jìn)行，如果只關(guān)注課堂部分，則會(huì)認(rèn)為教學(xué)過程是不完整的。學(xué)校給予教師寬松的教學(xué)環(huán)境，全面進(jìn)行教學(xué)評(píng)估，可以保證教師利用先進(jìn)技術(shù)服務(wù)教學(xué)。改善學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境，在校園中全面普及互聯(lián)網(wǎng)資源，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)自己的學(xué)業(yè)。

（1）全力扶持中老年教師骨干，大力培養(yǎng)青年教師，定期開展教學(xué)、教學(xué)、示范、輔導(dǎo)等教研活動(dòng)，進(jìn)一步提高教學(xué)水平。

（2）教材結(jié)構(gòu)：以劉增吉《數(shù)字圖像處理》第二版為教材，對(duì)其他中英文教材進(jìn)行補(bǔ)充完善，使之更適合當(dāng)前的形式和應(yīng)用現(xiàn)狀。

（3）培訓(xùn)手段的開發(fā)和使用：改進(jìn)和建設(shè)互動(dòng)式在線學(xué)習(xí)平臺(tái)和多媒體學(xué)習(xí)工具，這是古典教育更強(qiáng)大的工具。

（4）加強(qiáng)實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)內(nèi)容的深度和廣度，給學(xué)生更多自主選擇的空間；增加科技創(chuàng)新空間，將學(xué)生的個(gè)人活動(dòng)轉(zhuǎn)化為大多數(shù)人的參與，實(shí)現(xiàn)大眾化。

（5）逐步普及雙語教學(xué)，提高師生使用外語的能力。

（6）一項(xiàng)旨在為“數(shù)字圖像處理”建立額外學(xué)習(xí)平臺(tái)的行動(dòng)計(jì)劃?？紤]到“學(xué)生覺得難以學(xué)習(xí)，教師覺得難以說話”的缺陷，提供了一個(gè)額外的培訓(xùn)模擬平臺(tái)，基于相關(guān)光纖的學(xué)習(xí)平臺(tái)。演示光纖特性和光纖傳輸設(shè)備的顯示。仿真平臺(tái)以及仿真軟件培訓(xùn)工具有助于學(xué)生理解和掌握課程內(nèi)容。此外，必須建立一個(gè)完全開放的數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)可以進(jìn)行數(shù)字圖像處理方面的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，不僅鼓勵(lì)學(xué)生自主、科學(xué)地學(xué)習(xí)，還鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)踐能力。

（7）構(gòu)造數(shù)字圖像處理綜合實(shí)驗(yàn)。圖像融合是來自同一場(chǎng)景的多幅圖像的合成。其目的是獲得更好的視覺效果和易于識(shí)別的機(jī)器，并生成比一個(gè)源更準(zhǔn)確、完整和可靠的圖像。多焦點(diǎn)圖像是指通過多次集中在每個(gè)目標(biāo)上獲得的多幅圖像，當(dāng)攝像機(jī)無法同時(shí)聚焦在多個(gè)目標(biāo)上，從而記錄了多個(gè)與鏡頭距離不同的目標(biāo)時(shí)，這些多聚焦圖像通常使用圖像融合技術(shù)給出每個(gè)目標(biāo)的清晰圖像。多聚焦圖像融合技術(shù)可以有效提高圖像的使用率和目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用于社會(huì)的許多領(lǐng)域，如遙感衛(wèi)星圖像、光學(xué)圖像、紅外圖像、醫(yī)學(xué)圖像，特別是多傳感器互聯(lián)后；它已成為計(jì)算機(jī)視覺、目標(biāo)識(shí)別機(jī)器人和軍事研究的熱點(diǎn)。

多聚焦圖像融合方法分為空間方法和域方法轉(zhuǎn)換兩大類，常用的空間方法分為基于圖像空域像素和基于圖像塊，也稱為區(qū)域方法，本文是在變換域完成圖像融合，主要采用的頻域變換方法是小波變換。

小波變換可以用于分解一維信號(hào)，也可分解二維信號(hào)，當(dāng)分解二維信號(hào)時(shí)被稱為二維離散小波，是一種處理信號(hào)和信息的工具。它是一種良好的局部性和多分辨率時(shí)域和頻域。它超越了不利的傅立葉分析，將信號(hào)表示為一個(gè)變量的函數(shù)，時(shí)間或頻率。它可以很容易地在空間和頻率域中找到變換波長的系數(shù)與源圖像內(nèi)容之間的相關(guān)性。小波變換是一種多尺度、多分辨率的退化圖像。它可以聚焦圖像的任何細(xì)節(jié)。它被稱為數(shù)學(xué)顯微鏡。近年來，隨著波動(dòng)理論的廣泛應(yīng)用，小波變換在像素級(jí)融合方面展現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)。小波變換的固有特性使其在圖像處理中具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）小波變換是可逆的，保證信號(hào)可以進(jìn)行分解，也可重構(gòu)；

（2）能夠?qū)D像分解成不同尺度，不同方向的信息，有助于實(shí)現(xiàn)圖像的融合；

（3）具有快速傅里葉變換，能夠使得算法降低復(fù)雜度，適合應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)；

（4）離散小波變換適用于圖像分解，具有二維結(jié)構(gòu)。

目前，小波域中的融合規(guī)則主要分為兩類：基于像素的融合規(guī)則和基于區(qū)域的融合規(guī)則。在預(yù)處理過程中需要仔細(xì)對(duì)齊圖像，否則處理結(jié)果不令人滿意，增加了預(yù)處理的難度?；趨^(qū)域的熱核融合規(guī)則具有更廣泛的適用性，因?yàn)樗紤]了與相鄰像素的相關(guān)性，并降低了對(duì)邊緣的敏感性。

總之，本設(shè)計(jì)使用了一種基于圖像區(qū)域特性融合的靜止波列變換方法。圖像采集選項(xiàng)卡在同一場(chǎng)景中采集兩個(gè)或多個(gè)具有不同焦點(diǎn)的圖像。分析了波分解后高頻域和低頻域的圖像特性，采用不同的基于區(qū)域的算法進(jìn)行融合，最后通過變換將融合后的圖像重建到逆變器上。驗(yàn)證算法的有效性，實(shí)現(xiàn)其功能，廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺、數(shù)碼相機(jī)、目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域。

例如，設(shè)計(jì)方案提供了兩個(gè)圖像之間的連接。假設(shè)a和B是兩個(gè)原始圖像，f是熔化圖像。如果一個(gè)二維圖像被n層駐波層分解，那么最后會(huì)有（3N+1）個(gè)不同的頻帶，包括3幅高頻子圖和1幅低頻子圖。核合成處理的主要步驟是：

第1步：對(duì)兩幅源圖像進(jìn)行離散小波變換，得到多尺度多方向信息；

第2步：采用改進(jìn)的加權(quán)平均融合規(guī)則融合處理WT的低頻子帶系數(shù)；

第3步：采用區(qū)域能量絕對(duì)值取大的融合規(guī)則融合處理高頻方向子帶系數(shù)；

第4步：對(duì)融合后的圖像高低頻系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到融合后的圖像。

本設(shè)計(jì)的圖像融合過程如圖1所示。

圖1 基于小波變換圖像融合過程

3 結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證基于波形層變換的圖像融合方法的有效性，將基于小波變換（WT）的圖像融合方法與像素平面空間方法進(jìn)行比較，以比較該融合的效果。

實(shí)驗(yàn)圖像分為四層?；诓ǖ娜诤喜呗?，選擇基于波的函數(shù)，應(yīng)考慮融合結(jié)果會(huì)對(duì)視覺造成人為影響的問題，尤其是聲音和抖動(dòng)。小波基db8”。應(yīng)使用以下內(nèi)容將實(shí)驗(yàn)與多圖像融合方法進(jìn)行比較：最小尺度上的近似系數(shù)取平均值，最大絕對(duì)退化系數(shù)為選定的熔化系數(shù)分解。

圖2是像素級(jí)圖像聚合和基于波的圖像聚合的效果。從該參數(shù)可以得出結(jié)論，該算法的合并圖像不僅保留了圖像的方向紋理信息，而且實(shí)際上消除了邊界“毛刺”的影響，邊緣清晰，消除了重影。波形蚊子在完全不同的方向上存儲(chǔ)紋理信息，在高度各向異性的圖像中有輕微的顯示，局部能量算子充分保留了局部方向的特征，細(xì)節(jié)得到了很好的保留，獲得了良好的圖像融合效果，優(yōu)于小波融合方法。

圖2 像素級(jí)與小波變換融合效果比對(duì)