基于滚动导向滤波和混合多尺度分解的红外与可见光图像融合方法

赵程; 黄永东

doi:doi:10.3788/LOP56.141007

激光与光电子学进展, 2019, 56 (14): 141007, 网络出版: 2019-07-12

基于滚动导向滤波和混合多尺度分解的红外与可见光图像融合方法下载： 937次

Infrared and Visible Image Fusion via Rolling Guidance Filtering and Hybrid Multi-Scale Decomposition

赵程 ¹黄永东 ^1,2,*

作者单位

¹ 北方民族大学图像处理与理解研究所, 宁夏银川 750021

² 大连民族大学数学与信息科学研究中心, 辽宁大连 116600

图 & 表

图 1. RGF的基本框架

Fig. 1. Basic framework of RGF

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图 2. 不同σr值所对应的RGF平滑后的结果

Fig. 2. Smooth results of RGF corresponding to different σr values

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图 3. 基于混合多尺度分解框架的构造

Fig. 3. Construction based on hybrid multi-scale decomposition

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图 4. 测试中所用到的5 组红外与可见光图像。(a) Un camp;(b) Octec;(c) Steamboat;(d) Kayak;(e) Infrared4-Visible4

Fig. 4. Five sets of infrared and visible images used in test. (a) Un camp; (b) Octec; (c) Steamboat; (d) Kayak; (e) Infrared4-Visible4

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图 5. “Un camp”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 5. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Un camp” image

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图 6. “Octec”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 6. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Octec” image

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图 7. “Steamboat”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 7. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Steamboat” image

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图 8. “Kayak”图像对在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 8. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Kayak” image

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图 9. “Infrared4-Visible4”图像对在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 9. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Infrared4-Visible4” image

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图 10. 不同客观评价指标的统计折线图

Fig. 10. Statistical polygonal images of different objective evaluation indicators

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图 11. “Octec”的三维数据图

Fig. 11. Three-dimensional data images of “Octec”

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图 12. “Infrared4-Visible4”的三维数据图

Fig. 12. Three-dimensional data images of “Infrared4-Visible4”

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表 1不同σr值对应的可见光图像的客观评价指标

Table1. Objective evaluation indicators of visible image corresponding to different σr values

σ_r	STD	SF	EI
0.1	0.1470	0.0305	0.0936
0.01	0.1514	0.0423	0.1290
0.001	0.1520	0.0443	0.1477
0.0001	0.1521	0.0443	0.1481
0.00001	0.1521	0.0443	0.1481
0.2	0.1457	0.0264	0.0909
0.02	0.1505	0.0399	0.1147
0.002	0.1520	0.0442	0.1466
0.0002	0.1521	0.0443	0.1481
0.00002	0.1521	0.0443	0.1481

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表 2不同融合方法的客观评价指标

Table2. Objective evaluation indicators of different fusion methods

Image	Index	DWT	CVT	DTCWT	NSCT-DAPCNN	NSDTST	LATLRR	GTF	MSVD	ours
	MI	0.1916	0.1893	0.2011	0.2072	0.1802	0.2410	0.2793	0.2165	0.2841
	STD	0.1029	0.0988	0.0974	0.0718	0.1332	0.1070	0.1051	0.0892	0.1152 (2)
Un camp	Q_NCIE	0.8029	0.8029	0.8030	0.8030	0.8029	0.8034	0.8041	0.8031	0.8039 (2)
	Q_CV	425.1803	461.3446	426.053	423.8996	540.9333	332.3001	661.3364	424.1480	293.6759
	IE	0.4709	0.4685	0.4560	0.4580	0.6132	0.6268	0.6026	0.4500	0.8334
	MI	0.3876	0.3758	0.4127	0.4283	0.3838	0.4472	0.5176	0.4628	0.5200
	STD	0.1167	0.1175	0.1136	0.1117	0.2132	0.1175	0.0959	0.1080	0.1573 (2)
Octec	Q_NCIE	0.8066	0.8064	0.8070	0.8071	0.8073	0.8073	0.8089	0.8075	0.8094
	Q_CV	648.2625	408.1675	629.2341	626.6379	391.1703	274.6485	2264.0	1902.5	192.0751
	IE	0.9613	0.9645	0.9672	0.9660	0.9635	0.9934	0.8337	0.8298	1.0000
	MI	0.2576	0.2418	0.2695	0.2738	0.2911	0.2908	0.6284	0.2965	0.4514 (2)
	STD	0.0524	0.0482	0.0479	0.0449	0.124	0.0498	0.1331	0.0415	0.0769 (3)
Steamboat	Q_NCIE	0.8045	0.8043	0.8046	0.8046	0.8052	0.8047	0.8117	0.8047	0.8068 (2)
	Q_CV	163.4563	169.6701	167.6022	173.5677	298.9255	208.9697	331.4260	178.0732	138.259
	IE	0.3950	0.3742	0.3710	0.3567	0.6137	0.4527	0.5750	0.3516	0.7979
	MI	0.4471	0.3786	0.4492	0.5184	0.4923	0.4696	0.5469	0.6198	0.5195(3)
	STD	0.0731	0.0728	0.0696	0.0669	0.1707	0.0673	0.0864	0.0647	0.1444 (2)
Kayak	Q_NCIE	0.8059	0.8049	0.8058	0.8070	0.8070	0.8061	0.8072	0.8087	0.8087
	Q_CV	876.5883	622.103	864.7246	791.0015	798.335	855.5583	3060.6	697.9614	135.6981
	IE	0.0279	0.0224	0.0207	0.0132	0.7651	0.0262	0.0191	0.0071	0.9980
	MI	0.2485	0.2461	0.2866	0.2754	0.2552	0.2943	0.2390	0.2852	0.3233
	STD	0.1465	0.1366	0.1364	0.1289	0.1697	0.1432	0.1330	0.1243	0.1707
Infrared4-Visible4	Q_NCIE	0.8035	0.8034	0.8044	0.8038	0.8036	0.8040	0.8034	0.8039	0.8046
	Q_CV	1133.9	1056.2	1502.3	1076.9	1845.6	924.2383	1972.3	1045.83	718.6361
	IE	0.7643	0.7588	0.7511	0.7474	0.8973	0.8745	0.8450	0.7364	0.9504

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表 3所提方法与其他8中方法的运行时间

Table3. Running-time of eight other methods and proposed method

Images	DWT	CVT	DTCWT	NSCT-DAPCNN	NSDTST	LATLRR	GTF	MSVD	ours
Un camp	0.6707	2.1643	0.5408	41.7589	101.5510	227.6768	1.5259	0.1645	19.0259 (6)
Octec	0.2924	1.8312	0.4142	139.7033	326.4207	218.3082	7.8089	0.5087	58.0978 (6)
Steamboat	0.2856	1.8511	0.4191	118.7886	267.4719	251.7716	7.1331	0.4355	49.8169 (6)
Kayak	0.2777	1.8518	0.3950	117.9741	257.4367	245.7336	6.2976	0.6104	49.4241 (6)
Infrare4-Visible4	0.3054	1.8840	0.4115	27.8120	67.3537	220.7137	1.1274	0.2653	11.6429 (6)

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赵程, 黄永东. 基于滚动导向滤波和混合多尺度分解的红外与可见光图像融合方法[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(14): 141007. Cheng Zhao, Yongdong Huang. Infrared and Visible Image Fusion via Rolling Guidance Filtering and Hybrid Multi-Scale Decomposition[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(14): 141007.

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图 1. RGF的基本框架

Fig. 1. Basic framework of RGF

图 2. 不同σr值所对应的RGF平滑后的结果

Fig. 2. Smooth results of RGF corresponding to different σr values

图 3. 基于混合多尺度分解框架的构造

Fig. 3. Construction based on hybrid multi-scale decomposition

图 4. 测试中所用到的5 组红外与可见光图像。(a) Un camp;(b) Octec;(c) Steamboat;(d) Kayak;(e) Infrared4-Visible4

Fig. 4. Five sets of infrared and visible images used in test. (a) Un camp; (b) Octec; (c) Steamboat; (d) Kayak; (e) Infrared4-Visible4

图 5. “Un camp”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 5. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Un camp” image

图 6. “Octec”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 6. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Octec” image

图 7. “Steamboat”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 7. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Steamboat” image

图 8. “Kayak”图像对在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 8. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Kayak” image

图 9. “Infrared4-Visible4”图像对在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 9. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Infrared4-Visible4” image

图 10. 不同客观评价指标的统计折线图

Fig. 10. Statistical polygonal images of different objective evaluation indicators

图 11. “Octec”的三维数据图

Fig. 11. Three-dimensional data images of “Octec”

图 12. “Infrared4-Visible4”的三维数据图

Fig. 12. Three-dimensional data images of “Infrared4-Visible4”

表 1不同σr值对应的可见光图像的客观评价指标

Table1. Objective evaluation indicators of visible image corresponding to different σr values

表 2不同融合方法的客观评价指标

Table2. Objective evaluation indicators of different fusion methods

表 3所提方法与其他8中方法的运行时间

Table3. Running-time of eight other methods and proposed method

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图 1. RGF的基本框架

Fig. 1. Basic framework of RGF

图 2. 不同σr值所对应的RGF平滑后的结果

Fig. 2. Smooth results of RGF corresponding to different σr values

图 3. 基于混合多尺度分解框架的构造

Fig. 3. Construction based on hybrid multi-scale decomposition

图 4. 测试中所用到的5 组红外与可见光图像。(a) Un camp;(b) Octec;(c) Steamboat;(d) Kayak;(e) Infrared4-Visible4

Fig. 4. Five sets of infrared and visible images used in test. (a) Un camp; (b) Octec; (c) Steamboat; (d) Kayak; (e) Infrared4-Visible4

图 5. “Un camp”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 5. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Un camp” image

图 6. “Octec”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 6. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Octec” image

图 7. “Steamboat”图像在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 7. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Steamboat” image

图 8. “Kayak”图像对在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 8. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Kayak” image

图 9. “Infrared4-Visible4”图像对在不同融合方法下获得的融合结果

Fig. 9. Fusion results obtained by different fusion methods applied in “Infrared4-Visible4” image

图 10. 不同客观评价指标的统计折线图

Fig. 10. Statistical polygonal images of different objective evaluation indicators

图 11. “Octec”的三维数据图

Fig. 11. Three-dimensional data images of “Octec”

图 12. “Infrared4-Visible4”的三维数据图

Fig. 12. Three-dimensional data images of “Infrared4-Visible4”

表 1不同σr值对应的可见光图像的客观评价指标

Table1. Objective evaluation indicators of visible image corresponding to different σr values

表 2不同融合方法的客观评价指标

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