基于MATLAB的图像融合平台系统设计

沈阳理工大学课程设计I摘 要数字图像融合是以图像为主要研究内容的数据融合技术，是把多个不同模式的图像传感器获得的同一场景的多幅图像或同一传感器在不同时刻获得的同一场景的多幅图像合成为一幅图像的过程。本文主要利用 MATLAB 的 GUIDE编辑器，实现基于 MATLAB 的图像融合平台系统设计 。使其具有以下功能：1.用户登录界面；2.用户可自行选择检测过程、方法；3.用户可通过选择按钮多次添加、选择图片进行融合；4.用户可以通过功能按钮键退出该界面；5.报错功能，包括登录账号、密码错误等。本文利用 MATLAB 的 GUIDE 控件，制作出由三个图形用户界面构成的图像融合平台系统，通过对各控件编写 Callback 回调函数，实现平台应有的功能。关键词：GUI；MATLAB；图像融合；回调函数AbstractDigital image fusion based on image as the main research contents of the data fusion technology, the image sensor is to put the different patterns of the same scene or same sensor many images obtained at different times more of the same scene image synthesis for an image of the process. In this paper, we use MATLAB GUIDE editor, the realization of image fusion based on MATLAB platform system design. Make it has the following features: 1. The user login interface; 2. The user can choose detection process and method; 3. The user can choose images by selecting the button several times add, fusion; 4. The user can through the function button key exit the interface; 5. An error function, including login name and password mistake. 沈阳理工大学课程设计IIBased on MATLAB GUI controls, produced by the three image fusion platform system consisting of a graphical user interface, with its Callback for each control Callback function, implementation platform should have the function of. Key words: GUI; MATLAB; Image fusion; The callback function 沈阳理工大学课程设计III目 录1 绪论 .11.1 课题开发背景 .11.1.1 图像融合的定义 .11.1.2 图象融合研究的发展现状和研究热点 .11.1.3 图像融合的应用 .22 MATLAB 程序设计 .32.1 MATLAB 的 GUI 编辑器简介 .32.1.1 建立 GUIDE 对象过程 .52.1.2 修改 GUI 对象属性 .52.1.3 GUIDE 中加入图案 .72.2 设计课题的 GUI 对象简介 .72.3 设计课题的 Callback 函数简介 .83 图像融合算法 .103.1 图象融合算法的层次分类 .103.2 图像融合规则 .103.3 图像融合方法 .113.4 图像融合步骤 .114 设计课题界面设计、调试及程序 .134.1 设计课题界面设计及调试 .134.1.1 用户登录界面设计 .13沈阳理工大学课程设计IV4.1.2 用户登录界面调试 .144.1.3 用户菜单界面设计 .164.1.4 用户菜单界面调试 .184.1.5 图像融合界面设计 .194.1.6 图像融合界面调试 .204.2 设计课题的 MATLAB 程序 .234.2.1 用户登录界面的 MATLAB 程序 .234.2.2 用户菜单界面的 MATLAB 程序 .234.2.3 图像融合界面的 MATLAB 程序 .23结束语 .24参考文献 .25附录 .26附录 A：用户登录界面程序 .26附录 B：用户界面菜单程序 .28附录 C：图像融合故障检测界面程序 .30沈阳理工大学课程设计11 绪论1.1 课题开发背景1.1.1 图像融合的定义数字图像融合（Digital Image Fusion）是以图像为主要研究内容的数据融合技术，是把多个不同模式的图像传感器获得的同一场景的多幅图像或同一传感器在不同时刻获得的同一场景的多幅图像合成为一幅图像的过程。由于不同模式的图像传感器的成像机理不同，工作电磁波的波长不同，所以不同图像传感器获得的同一场景的多幅图像之间具有信息的冗余性和互补性，经图像融合技术得到的合成图像则可以更全面、更精确地描述所研究的对象。正是由于这一特点，图像融合技术现已广泛地应用于军事、遥感、计算机视觉、医学图像处理等领域中。数字图像融合是图像分析的一项重要技术，该技术在数字地图拼接、全景图、虚拟现实等领域有着重要应用。虽然 Photoshop 等图像处现软件提供了图像处理功能，可以通过拖放的方式进行图像拼接，但由于完全是手工操作，单调乏味，且精度不高，因此，有必要寻找一种方便可行的图像融合方法。Matlab 具有强大的计算功能和丰富的工具箱函数，例如图像处理和小波工具箱包含了大多数经典算法，并且它提供了一个非常方便快捷的算法研究平台，可让用户把精力集中在算法上而不是编程上，从而能大大提高研究效率。1.1.2 图象融合研究的发展现状和研究热点在众多的图像融合技术中，基于小波变换的图像融合方法已成为现今研究的一个热点。这类算法主要是利用人眼对局部对比度的变化比较敏感这一事实，根据一定的融合规则，在多幅原图像中选择出最显著的特征，例如边缘、线段等，并将这些特征保留在最终的合成图像中。在一幅图像的小波变换中，绝对值较大的小波系数对应于边缘这些较为显著的特征，所以大部分基于小波变换的图像融合算法主要研究如何选择合成图像中的小波系数，也就是三个方向上的高频系数，从而达到保留图像边缘的目的。虽然小波系数(高频系数)的选择沈阳理工大学课程设计2对于保留图像的边缘等特征具有非常主要的作用，但尺度系数(低频系数)决定了图像的轮廓，正确地选择尺度系数对提高合成图像的视觉效果具有举足轻重的作用。本文给出了一种基于小波变换的图像融合算法，在考虑小波系数选择规则的前提下，还重点研究了尺度系数的选择方案。小波系数的选择基于绝对值最大的原则，并对选择方案的一致性进行了验证。所谓的一致性指的是对于空间某像素点，其小波系数的选择方案应和其邻近点一致。本文设计了三种选择尺度系数的方案，并从理论上和仿真结果上对这三种方案进行了比较，选择出一种最好的方案。本文给出的算法可用于两幅图像或多幅图像的融合，从仿真结果可看出，这个算法较好地保持了图像的边缘，具有较好的视觉效果。1.1.3 图像融合的应用图像融合技术在军事、遥感和医学成像等领域有着广泛的应用，和人工智能等的新兴技术。近年来，图像融合已成为一种十分重要的图像分析与计算机视觉技术。它在自动目标识别计算机视觉!遥感、机器人、医学图像处理以及军事应用等领域有着广泛的应用前景。智能机器人领域：动作控制“对环境的视觉触觉力矩反馈“立体摄像融合“智能注视控制“自动目标识别和跟踪。信息融合技术对机器人领域起到了一定的推动作用。作为信息融合的重要分支图像融合技术可用于自动目标识别等。医学影像领域：计算机辅助手术、3-D 表面空间校准。医学图像融合是医学图像后处理的研究热点主要包括转换&配准和信息提取三个步骤。它充分利用多模式图像获得互补信息，使临床的诊断和治疗更加准确完善。制造业领域：电子线路和部件检查&产品表面测量和检验&材料探伤&生产过程监视&复杂设备诊断。战场和司法领域：陆海空目标/事件的检测跟踪和识别&隐蔽武器的探测&战场监视&夜间飞行导航。在遥感领域中，电磁光谱应用、黑白空中摄影到多光谱主动微波空间成像雷达、基于摄像方法和数字方法的融合技术等。沈阳理工大学课程设计3沈阳理工大学课程设计42 MATLAB 程序设计2.1 MATLAB 的 GUI 编辑器简介矩阵实验室(Matrix Laboratory，简称 MATLAB)是美国 MathWorks 公司出品的数 学 软 件 ，主要包括两大部分:MATLAB 和 Simulink,可实现算法开发、工程数值计算和对动态系统进行建模、仿真等功能。主要应用于金融建模设计与分析、工程计算、图 像 处 理 、控制工程、信号处理与通信、信 号 检 测 等领域。MATLAB可以创建图形用户界面(Graphical User Interfaces，简称GUI) ，图形用户界面是指由鼠标、窗口、按键、光标、菜单、图标、对话框和文本框等各种图形对象组成的用户界面。它可以让用户自由定制与MATLAB 的交互方式，而命令窗口不是唯一与MATLAB的交互方式。图形用户界面是用户和计算机之间进行交流的工具，MATLAB 将所有图形用户界面支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性、行为响应方式的设置方法。通过MATLAB 的GUIDE编辑器进行开发图形用户界面设计，类似Visual Basic 这一类的开发环境，比编程方式简单，并可将几个图形对象加到一个图形界面中, 增强可视性。刚开始建立GUI时,使用GUIDE 编辑GUI的速度将会比较快。用户可以直接在MATLAB的命令窗口中输入guide，或在MATLAB的start菜单选取【MTALAT】 【GUIDE（GUI Builder）】选项或单击Desktop工具栏上的 按钮，都可以打开MATLAB的GUIDE编辑器来进行界面设计。 guide使用此编辑器能够快速地设计出GUI，并且可以省略繁琐的函数，是以对象为导向的观念，使GUI的设计更加灵活；此外，若通过MATLAB Compiler编译为可执行文件或由MATLAB Runtime Server 封装文件，就可以在没有MATLAB的环境下运行使用，以发挥最大效用。在 MATLAB R2015b中，GUIDE编辑界面如图 1所示的 “GUIDE Quick Start” 对话框，提供了Blank GUI、Modal Question Dialog、GUI with Axes and Menu、GUI with Uicontrols4种样板。沈阳理工大学课程设计5图 2.1 “GUIDE Quick Start”对话框 Blank GUI样板：一个空的GUI样板，必须由用户自行加入所需要的对象，双击此选项后，在GUI编辑区内不会有任何的对象存在。 Modal Question Dialog样板：在此编辑器中已经有用户建立的一个问题对话框。 GUI with Uicontrols样板：打开已经设计好的一些GUI对象的GUIDE编辑器，而在此编辑器中已经包含了由用户建立的一些具有计算功能的对象。 GUI with Axes and Menu样板：在此编辑器中也已经有一些由用户设计好的GUI对象，而这些对象主要用于计算与输出。在以上几个样板中，用户一般都是使用Blank GUI来建立GUI对象，选取完后单击ok按钮，即可打开如图2所示的GUI编辑界面。沈阳理工大学课程设计6图 2.2 GUI 编辑界面2.1.1 建立 GUIDE 对象过程在 MATLAB 中打开 GUI 编辑界面后就可以进行 GUI 设计了，如图 2 所示的 GUIDE 编辑界面中，左方提供了用户可选择的 uicontrol 对象。用户只需通过鼠标单击左方任一 uicontrol 对象后，然后在 GUIDE 窗口内使用鼠标拖拽对象大小来放置，就可以建立好该对象。