圖像融合技術在“多媒體課程”中的教學應用

張湃，孟慶瑩

（唐山學院智能與信息工程學院，河北唐山，063000）

1 課程教學安排與特色

（1）教學課程內容

本課程的理論指導為36節課，介紹數字圖像處理主要組件的全面概述。結合教學內容和科學技術的新發展，適當引入軟件仿真和波形仿真，注重加強學生運用知識解決實際問題的能力。

通過教授基礎理論，教師可以結合課程組在相關領域的最新科學發展和相關研究成果，將該領域的最新知識傳授給學生。建議通過學習設計環節中有關“數字圖像處理”的課程知識，設計并完成數字圖像處理項目，以便逐步升級。這是一個非常理論化的過程，涉及到大量的知識。親自觀察和感受數字圖像處理中使用的豐富儀器、設備和組件，使學生不再對學習書本知識感到厭倦，激發學生學習興趣，加深對基礎理論的理解。

（3）課程考試和成績評估

為了改變學生重理論、輕實踐的學習現象，在學習理論知識的同時提高學生的實踐創新能力，課程組增加了學生實踐創新能力評價的比例，并研究了全過程評價模式。目前，課程分數的百分比為：期末論文（70%）到標準分數（20%）到考試分數（10%）。所以教師有一定的自由。

（4）課程發展目標

課程的目的是引導“圖像處理”的概念朝著“堅實的基礎、強有力的實踐、注重創新；根據學生在教育和研究中的適合性和成長性”的方向發展，在建立研究課程體系、課程內容體系和標準化教學過程的基礎上，優化教學條件，加強現代信息技術的應用，改進實踐內容和考試方法；作為保證，通過組建高素質的學習小組，注重培養學生的科研精神和創新意識，使學生具備全面創新的設計能力，充分發揮自己的知識、技能和素質，適應信息社會的需要，培養高素質的工程技術人才。

2 課程改革與探索

從從理論和實踐學習的角度來看，本文提出了課程建設的若干具體步驟：

在高校中，校園文化、學習環境、學習氛圍都是混合式教學的催化劑?；旌鲜浇虒W離不開學校各級領導、各職能部門的支持，同時教師、學生要目標一致，才能取得成功?；旌鲜浇虒W是一種新的教學模式，在教學實施過程中會與原教學大綱有一定的沖突，比如對于知識點的講解方式會減少，增加網絡學習環節和課堂討論環節，在學校職能部門在考核中要全面進行，如果只關注課堂部分，則會認為教學過程是不完整的。學校給予教師寬松的教學環境，全面進行教學評估，可以保證教師利用先進技術服務教學。改善學生學習環境，在校園中全面普及互聯網資源，同時引導學生利用互聯網服務自己的學業。

（1）全力扶持中老年教師骨干，大力培養青年教師，定期開展教學、教學、示范、輔導等教研活動，進一步提高教學水平。

（2）教材結構：以劉增吉《數字圖像處理》第二版為教材，對其他中英文教材進行補充完善，使之更適合當前的形式和應用現狀。

（3）培訓手段的開發和使用：改進和建設互動式在線學習平臺和多媒體學習工具，這是古典教育更強大的工具。

（4）加強實踐學習環節內容的深度和廣度，給學生更多自主選擇的空間；增加科技創新空間，將學生的個人活動轉化為大多數人的參與，實現大眾化。

（5）逐步普及雙語教學，提高師生使用外語的能力。

（6）一項旨在為“數字圖像處理”建立額外學習平臺的行動計劃?？紤]到“學生覺得難以學習，教師覺得難以說話”的缺陷，提供了一個額外的培訓模擬平臺，基于相關光纖的學習平臺。演示光纖特性和光纖傳輸設備的顯示。仿真平臺以及仿真軟件培訓工具有助于學生理解和掌握課程內容。此外，必須建立一個完全開放的數字圖像處理實驗平臺，該平臺可以進行數字圖像處理方面的多項實驗，不僅鼓勵學生自主、科學地學習，還鼓勵學生實踐能力。

（7）構造數字圖像處理綜合實驗。圖像融合是來自同一場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別的機器，并生成比一個源更準確、完整和可靠的圖像。多焦點圖像是指通過多次集中在每個目標上獲得的多幅圖像，當攝像機無法同時聚焦在多個目標上，從而記錄了多個與鏡頭距離不同的目標時，這些多聚焦圖像通常使用圖像融合技術給出每個目標的清晰圖像。多聚焦圖像融合技術可以有效提高圖像的使用率和目標識別系統的可靠性，應用于社會的許多領域，如遙感衛星圖像、光學圖像、紅外圖像、醫學圖像，特別是多傳感器互聯后；它已成為計算機視覺、目標識別機器人和軍事研究的熱點。

多聚焦圖像融合方法分為空間方法和域方法轉換兩大類，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，也可分解二維信號，當分解二維信號時被稱為二維離散小波，是一種處理信號和信息的工具。它是一種良好的局部性和多分辨率時域和頻域。它超越了不利的傅立葉分析，將信號表示為一個變量的函數，時間或頻率。它可以很容易地在空間和頻率域中找到變換波長的系數與源圖像內容之間的相關性。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節。它被稱為數學顯微鏡。近年來，隨著波動理論的廣泛應用，小波變換在像素級融合方面展現了巨大的優勢。小波變換的固有特性使其在圖像處理中具有以下優勢：

（1）小波變換是可逆的，保證信號可以進行分解，也可重構；

（2）能夠將圖像分解成不同尺度，不同方向的信息，有助于實現圖像的融合；

（3）具有快速傅里葉變換，能夠使得算法降低復雜度，適合應用于實時系統；

（4）離散小波變換適用于圖像分解，具有二維結構。

目前，小波域中的融合規則主要分為兩類：基于像素的融合規則和基于區域的融合規則。在預處理過程中需要仔細對齊圖像，否則處理結果不令人滿意，增加了預處理的難度?；趨^域的熱核融合規則具有更廣泛的適用性，因為它考慮了與相鄰像素的相關性，并降低了對邊緣的敏感性。

總之，本設計使用了一種基于圖像區域特性融合的靜止波列變換方法。圖像采集選項卡在同一場景中采集兩個或多個具有不同焦點的圖像。分析了波分解后高頻域和低頻域的圖像特性，采用不同的基于區域的算法進行融合，最后通過變換將融合后的圖像重建到逆變器上。驗證算法的有效性，實現其功能，廣泛應用于機器視覺、數碼相機、目標識別等領域。

例如，設計方案提供了兩個圖像之間的連接。假設a和B是兩個原始圖像，f是熔化圖像。如果一個二維圖像被n層駐波層分解，那么最后會有（3N+1）個不同的頻帶，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：對兩幅源圖像進行離散小波變換，得到多尺度多方向信息；

第2步：采用改進的加權平均融合規則融合處理WT的低頻子帶系數；

第3步：采用區域能量絕對值取大的融合規則融合處理高頻方向子帶系數；

第4步：對融合后的圖像高低頻系數進行重構，得到融合后的圖像。

本設計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 結果與分析

為了驗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行比較，以比較該融合的效果。

實驗圖像分為四層?；诓ǖ娜诤喜呗?，選擇基于波的函數，應考慮融合結果會對視覺造成人為影響的問題，尤其是聲音和抖動。小波基db8”。應使用以下內容將實驗與多圖像融合方法進行比較：最小尺度上的近似系數取平均值，最大絕對退化系數為選定的熔化系數分解。

圖2是像素級圖像聚合和基于波的圖像聚合的效果。從該參數可以得出結論，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，細節得到了很好的保留，獲得了良好的圖像融合效果，優于小波融合方法。

圖2 像素級與小波變換融合效果比對