59武装直升机机载光电多传感器图像融合技术研究-王晓卫　

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1、第二十八JS(2012)全国直升机年会论文武装直升机机载光电多传感器图像融合技术研究王晓卫1张景昆2吴晓中1仝晶3(1.陆军航空兵学院机载设备系航空兵器教研室，北京10112；2.总参陆航部装备局，北京100073;3.中国人K解放军61267部队，北京101114)摘要：机载光电系统，川以实现对目标的昼/夜搜索、瞄准、跟踪逬至精确打击，足现代战争条件下武装直升机的主要作战装备，而采用多传感器图像融合技术的机载光电系统在较少改变现有硬件的条件下可有效提高对战场态势环境的信息感知能力。木文分析比较了儿种不同层次图像融和算法的特点，讨论了

2、红外/可见光、不同波段红外，红外/微光夜视等光电传感器的融合问题，并对国内外直升机阁像融合技水的应用现状进行了总结关键词：图像融合技术；光电系统;红外；可见光；微光夜视1引言机载光电系统用以实现对0标的昼/夜搜索、瞄准与跟踪、瞄准线的空中惯性稳定，直至对地面及空中0标的精确打击，其以无源方式工作，具有自身隐蔽性好、抗干扰能力强、探测目标范围广、定位精度高以及作用距离远等特点，是目前大多数武装直升机上的标准配置。目前，各国军方都在大力发展机载光电系统，并投入了大量的财力对现役光电系统进行升级改造和新一代光电系统的研制工作。随着战场环境的

3、H益复杂、战争模式的巨大变化，各种被攻击目标性能的不断提高，人工干扰技术及目标特性控制技术的日益发展，对机载目标探测识别提出了更高的要求，靠单一传感器难以满足要求。多传感器图像融合技术在利用多种传感器互补信息的基础上，克服了单一传感器由于受到成像机理、频率特性等限制在目标探测上存在的缺陷和使用局限性，有效增强了机载光电系统的作战效能，提高了直升机的出勤率及生存能力。像融合技术及其分类2.1图像融合技术定义图像融合技术是在20世纪80年代提出的概念，是指将不同类型光电传感器获収的同一景物影像数据进行几何配准，然后川一定的算法将各影像数据

4、屮所含的信息优势或互补性有机地结合起来产生一新的图像。通过对多幅传感器图像的融合，可克服单一传感器图像在几何、光谱和空间分辨率等方存在的局限性和差异性，提高图像的质量，从而有利于对战场态势和事件进行识别和解释。2.2图像融合分类根据信息表征层次的不同，图像融合一般被分力像素级融合、特征级融合和决策级融合。基于像素级的图像融合直接使用来自各传感器的信息进行像素与像素关联，-•般是辅助人眼进行观察识別。特征级图像融合是对图像进行特征抽収后，将边沿、形状、轮廓等信息进行综合处理的过程。而在进行判决级图像融合之前，每种传感器己独立地完成了决策

5、或分类任务，融合工作实质上是做出全局的最优决策。特征级图像融合涉及了图像分割、特征提取和特征层信息融合。判决级图像融合包含检测、分类、识别和融合这儿个过程。目前图像融合的研究和应用主要集中在像素级上ul。2.3常用的图像融合算法目前常用的融合算法包括：加权平均法、彩色空间变换法、多分辨率塔式算法、小波变换法、卡尔曼滤波算法等。加权平均法通过对多幅图像的对应像素点进行加权处理实现图像融合，该种方法的优点是简单直观、适合实时处理，但简单的叠加会使合成图像的信噪比降低；当融合图像的灰度差异很大时，会出现明显的拼接痕迹，不利于人眼识别和后续的

6、目标识别。彩色空间变换法是利用彩色空间RGB（红、绿、蓝）模型和HIS（色调、明度和饱和度）模型各自在显示与定量计算方面的优势，将图像的RGB模型转换成HIS模型。在HIS空间，对3个相互独立且具有明确物理意义的分量I、H、S进行运算，也就是进行多幅图像的融合，再将融合结果反变换冋RGB空间进行显示。当融合低分辨的多光谱图像和高分辨的全色图像时，彩色空间变挽法会使谱分辨率降低。若将小波变换和彩色空间变换法结合起来就既可保留空间信息又可保留谱信息。多分辨塔式图像融合方法是现在较为常用的图像融合方法，在这类算法中，原图像不断地被滤波，形成

7、一个塔状结构。在塔的每一层都用一种融合算法对这一层的数据进行融合，从而得到一个合成的塔式结构，然后对合成的塔式结构进行重构，得到合成图像。按照塔式结构形成方法的不同，多分辨塔式图像融合算法可分为高斯一拉普拉斯金字塔、梯度金字塔、比率低通金字塔、形态学金字塔。基于小波变换的图像融合，就是对原始图像进行小波变换，将其分解在不同频段的不同特征域上，然后在不同的特征域内进行融合，构成新的小波金字塔结构，再用小波逆变换得到合成图像的过程。根据分解形式的不同又nJ•分为金字塔形小波融合技术和树状小波融合技术。金字塔形小波分解是利用正交小波变换对原

8、图像进行正交小波分解，得到表示低频信息、水平方向变化信息、垂直方向变化信息和对角方向变化信息的4个子图像，再将低频子图像进一步分解成4个子图像。A.Toet等采用低通对比金字塔的图像融合方法，对野外背景坦克的可见光和红外