1、图像融合实验一、 实验目的1、通过实验进一步加深对遥感图像融合原理的理解；2、提高 Matlab 编程能力。二、 实验原理（一）基于 IHS 空间的图像融合1、RGB 空间模型：（1） 、用红、绿、蓝三原色的混合比例定义不同的色彩（2） 、人眼不能够直接感觉色彩中红、绿、蓝三色的比例（3） 、只能够通过感知颜色的亮度、色调以及饱和度来区分2、IHS 空间模型（1） 、明（亮）度 I、色度 H、饱和度 S（2） 、明度是人眼对光源或物体明亮程度的感觉（3） 、色度反映了彩色的类别（4） 、饱和度反映彩色深浅（纯洁）的程度（5） 、IHS 三分量具有相对独立性，可分别对它们进行控制3、基于 IHS
2、 空间的图像融合基于 IHS 空间的图像融合原理如下图所示：其中 IHS 变化过程如下： 1213326610IRVGB其中 RGB 变化过程如下： 1123316602RIGVB（二）融合效果评价1、主观评价（1） 、通过目视效果进行分析（2） 、光谱、纹理、清晰度、对比度2、客观评价（1） 、利用图像的统计参数进行判定（2） 、反映亮度信息，如均值（3） 、反映空间细节信息，如方差、信息熵、平均梯度（4） 、反映光谱信息，如扭曲程度、偏差指数、相关系数三、 实验内容（一） 基于 IHS 空间的图像融合在进行 I 分量融合时，我们采用加权融合的方法，即 。1fusionquanzhenIII
3、我们在此设置 ，进行图像融合。=1（二） PCA 图像融合（三） 融合效果评价在这里，我们采用平均梯度和偏差指数两个指标来评价融合效果。平均梯度可用来评价图像的模糊程度，平均梯度越大，图像越清晰。平均梯度公式如下： 221,=MNxyfxyfxyg偏差指数用来评价图像与原始多光谱图像的光谱偏离度，偏差指数越大，光谱失真越大。偏差指数公式如下：1,=MNiFUSijLijDI从融合结果的指标可以看出：1、融合后的图像，其平均梯度大于真彩色图像，小于全色图像，说明融合后图像的清晰度大于真彩色图像，小于全色图像。2、融合后的图像与真彩色图像的存在偏差，说明融合后的图像光谱产生了偏差。3、直接利用全色
4、图像的 I 分量替换真彩色图像的 I 分量进行 HIS 图像融合的清晰度比PCA 融合差，但是光谱偏差小。四、 结果分析I 分量融合时权重的影响在进行 I 分量融合时，全色图像和真彩色图像所占的权重对融合后的效果有影响，为了探究权重对融合结果的影响，我们在其他条件不变的情况下，设置不同的权重，对比融合效果。在进行 I 分量融合时，我们设置全色图像 I 分量的权重分别为 0.2、0.5、0.9、1，进行图像融合，并计算对应的评价指标。 从融合的结果很容易可以看出，全色图像 I 分量融合时权重越大，则融合后的图像清晰度越高，但光谱偏差也越大。表明这两个量是一对矛盾的量，在实际应用中应该自己的实际需
5、求进行折中。五、 实验心得通过本次试验，我对用图像融合原理有了更加深刻的认识。通过在仿真实验中遇到的问题，我认识到书本理论与实际操作之间的距离。仿真实验过程中，融合图像的清晰度和光谱偏差指数是一对矛盾的量，难以做到兼顾，只能采取折中。说明鱼和熊掌难以兼得时，应该自己的实际需求，采取适当的取舍和折中。实际中图像融合应用时比仿真定位实验要复杂的多。说明要深入的了解图像融合原理，还有非常多的东西需要学习和实践。六、 附录%基于IHS 空间的图像融合实验%RGB1 = imread(p1.bmp);RGB2 = imread(p2.bmp);l,m,n = size(RGB2);RGB1 = doub
6、le(RGB1);RGB2 = double(RGB2);Transform = sqrt(1/3),sqrt(1/3),sqrt(1/3);sqrt(1/6),sqrt(1/6),-sqrt(4/6);sqrt(1/2),-sqrt(1/2),0; %I = RGB1 ;% 转换到IHS空间IHS = zeros(l,m,n);for i = 1:lfor j = 1:mIHS(i,j,:) = Transform * RGB2(i,j,1);RGB2(i,j,2);RGB2(i,j,3) ;endenda = 0.99;% 按权重融合IHS(:,:,1) =a*I + (1-a)*IHS(
7、:,:,1);RTransform = sqrt(1/3),sqrt(1/6),sqrt(1/2);sqrt(1/3),sqrt(1/6),-sqrt(1/2);sqrt(1/3),-sqrt(4/6),0;RGBfusion = zeros(l,m,n);for i = 1:lfor j = 1:mRGBfusion(i,j,:) = RTransform * IHS(i,j,1);IHS(i,j,2);IHS(i,j,3) ;endendRGBfusion = uint8(RGBfusion);subplot(1,3,1); imshow(uint8(RGB2);title(真彩色图像);
8、subplot(1,3,2); imshow(uint8(RGB1);title(全色图像);subplot(1,3,3);imshow(RGBfusion);title(融合后图像);%二、融合效果评价%g_fusion= 0;g_RGB1 = 0;g_RGB2 = 0;DI=0;for i = 1:l-1for j = 1:m-1g_RGB1 = g_RGB1+sqrt(RGB1(i+1,j,1)-RGB1(i,j,1)2+(RGB1(i,j+1,1)-RGB1(i,j,1)2);g_RGB2 = g_RGB2+sqrt(RGB2(i+1,j,1)-RGB2(i,j,1)2+(RGB2(i
9、,j+1,1)-RGB2(i,j,1)2);g_fusion = g_fusion+sqrt(RGBfusion(i+1,j)-RGBfusion(i,j)2+(RGBfusion(i,j+1)-RGBfusion(i,j)2);DI = DI+abs(RGBfusion(i,j)-RGB2(i,j)/(RGB2(i,j)+1);endendg_RGB1 = g_RGB1/(l-1)*(m-1);g_RGB2 = g_RGB2/(l-1)*(m-1);g_fusion = g_fusion/(l-1)*(m-1);DI = DI/(l-1)*(m-1);%图像融合（PCA融合）%一、图像融合%
10、clc;clear all;close all;RGB1=imread(p1.jpg); %全色图像RGB2=imread(p2.jpg); %真彩色图像RGB1_R=double(RGB1(:,:,1);RGB1_G=double(RGB1(:,:,2);RGB1_B=double(RGB1(:,:,3);RGB2_R=double(RGB2(:,:,1);RGB2_G=double(RGB2(:,:,2);RGB2_B=double(RGB2(:,:,3);M,N,color=size(RGB1);RGB2_Mx=0 0 0;for i = 1 : Mfor j = 1 : NRGB2_S
11、 = RGB2_R(i,j),RGB2_G(i,j),RGB2_B(i,j);RGB2_Mx = RGB2_Mx + RGB2_S;endendRGB2_Mx = RGB2_Mx /(M*N);% 真彩色图片的三维列向量的平均值RGB2_Cx=0;for i = 1 : Mfor j = 1 : NRGB2_S = RGB2_R(i,j),RGB2_G(i,j),RGB2_B(i,j);RGB2_Cx = RGB2_Cx + RGB2_S*RGB2_S;endendRGB2_Cx = RGB2_Cx / (M * N)- RGB2_Mx*RGB2_Mx; % 计算协方差矩陈RGB2_A,RGB
12、2_latent = eigs(RGB2_Cx);% 协方差矩陈的特征向量组成的矩陈PCA变换的系数矩陈,特征值for i = 1 : Mfor j = 1 : N RGB2_X = RGB2_R(i,j),RGB2_G(i,j),RGB2_B(i,j);RGB2_Y = RGB2_A*RGB2_X;RGB2_R(i,j) = RGB2_Y(1); % 真彩色图片的第1主分量RGB2_G(i,j) = RGB2_Y(2); % 真彩色图片的第2主分量 RGB2_B(i,j) = RGB2_Y(3); %真彩色图片的第3主分量endendRGB = zeros(M,N,3); %存储融合后图像f
13、or i = 1 : Mfor j = 1 : N RGB2_Y = RGB1_R(i,j),RGB2_G(i,j),RGB2_B(i,j);% 将真彩色图像的第一主成分替换成全色图像的图片RGB2_X = RGB2_A*RGB2_Y;RGB(i,j,1)=RGB2_X(1);RGB(i,j,2)=RGB2_X(2);RGB(i,j,3)=RGB2_X(3);endendfigure; imshow(RGB1); title(全色图像);figure; imshow(RGB2); title(真彩色图像);figure;imshow(uint8(round(RGB);title(融合后图像);
14、%二、融合效果评价%g_fusion= 0;g_RGB1 = 0;g_RGB2 = 0;DI=0;for i = 1:M-1for j = 1:N-1g_RGB1 = g_RGB1+sqrt(RGB1_R(i+1,j)-RGB1_R(i,j)2+(RGB1_R(i,j+1)-RGB1_R(i,j)2);g_RGB2 = g_RGB2+sqrt(RGB2_R(i+1,j)-RGB2_R(i,j)2+(RGB2_R(i,j+1)-RGB2_R(i,j)2);g_fusion = g_fusion+sqrt(RGB(i+1,j,1)-RGB(i,j,1)2+(RGB(i,j+1,1)-RGB(i,j,1)2);DI = DI+abs(RGB(i,j,1)-RGB2_R(i,j)/(RGB2_R(i,j)+1);endendg_RGB1 = g_RGB1/(M-1)*(N-1);g_RGB2 = g_RGB2/(M-1)*(N-1);g_fusion = g_fusion/(M-1)*(N-1);DI = DI/(M-1)*(N-1);
