多傳感器圖像融合技術的應用及發展趨勢

彭碩玲

摘 ?要：多傳感器圖像融合技術是將多個傳感器在相同時間下所取得的有關某個實際場景的圖像或者相應的序列信息進行綜合，形成一個全新的有關該場景的闡述，而這個闡述無法利用單一傳感器來獲取。通過將多個傳感器所獲取的圖像信息進行融合，可有效彌補單一傳感器圖像存在的缺陷，增強圖像的質量，有助于對事件及物理現象進行精確的識別、定位和闡述。由于圖像信號過于復雜與特殊，多傳感器圖像融合技術并未取得廣泛應用，且尚未構建起統一的理論系統，有待深入研究。

關鍵詞：圖像融合 ?傳感器 ?質量

中圖分類號：TN91 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）03（b）-0006-02

目前，利用遙感應用來獲取數據信息的手段越來越多，由早期單一的可見光傳感器到現階段的多源傳感器，其所收集的數據量越來越大。這些海量的數據對使用人員造成了極大的困擾，使得人們不得不研發更好的數據處理系統，以篩選出高質量的數據信息。通過開展研究發現，由各個傳感器所收集的數據，不僅存在一定的互補性，而且存在較大的冗余性，這極大地彌補了單一傳感器的缺陷。隨后學者們開始嘗試將這些海量數據融為一個整體來進行利用，以更好地發揮數據信息的作用。在20世紀80年代，該技術逐漸成為一種全新的技術-數據融合技術，并且在90年代以來，該技術取得了十分廣泛的應用，在遙感圖像的處理、工業領域等各個范疇中取得了廣泛應用，各個數據融合技術也得到了深入的研發。

1 ?多傳感器圖像融合技術的概述

1.1 概念

圖像融合技術屬于多傳感器數據融合技術中的一種，指的是將多個圖像信息進行融合來獲取相同場景下更為準確有效的圖像闡述。對于各個圖像數據中的互補信息及冗余信息，圖像融合可以對其進行更好的利用。這個圖像融合與人、機器所具備的視覺特性將會更為符合，有助于人們對圖像進行深入的分析，對目標進行有效的檢測、識別或者追蹤。在某種狀況下，由于受到各個因素的影響，如環境、目標所處的位置及狀態等，單一傳感器所采集的圖像信息已無法滿足目標及場景的檢測需求，而圖像融合技術可以很好地解決該問題。作為一種融合信息的一種核心手段，圖像融合技術在社會上諸多領域都取得了廣泛應用。

1.2 工作原理

由于對各個傳感器獲取的數據信息的互補性進行了充分利用，多傳感器信息融合技術可以更加精確可靠地獲取環境及目標的信息。與數據融合技術相對應，圖像融合技術也存在3級：一是像素級。這一級屬于最低層次的融合，其主要是對原始數據信息進行綜合處理，如紅外、可見光等，這種融合方式具有較高的精確度，且信息丟失量較小，但數據傳輸的任務量和計算量也是最大的。二是特征級。這一級屬于中間層次，是對已完成預處理和特征抽取之后的信息進行綜合性處理，從而對多傳感器獲取的數據信息進行分類、歸納和整理。它不僅可以對信息量進行有效的壓縮，而且可以儲存一些重要的信息，并且這種融合方式要比像素融合的速度快。三是決策級。這一級屬于最高級的信息融合，在進行融合之前，各個傳感器所進行的處理已經實現了決策、分類工作，此時開展融合工作的本質就是根據相應的原則及各個傳感器決策級分類的可信性進行協調，從而取得最佳的結論，為各個決策信息提供可靠的依據。這一級的融合具有較快的速度，但一定會損失相應的信息[1]。

2 多傳感器圖像融合技術的實際應用

2.1 應用領域

目前，該技術已經在社會多個領域取得了廣泛應用。（1）智能機器人的領域。可以實現動作的控制、完成環境觸覺力矩的反饋、實現目標的識別追蹤。通過運用信息融合技術可以促進機器人的發展，而圖像融合技術作為信息融合技術的分支，可以實現目標的自動識別。（2）醫學影像的領域。手術過程中可以利用計算機進行輔助、對3-D表面進行校準。醫學圖像融合主要包含了3個步驟，分別為轉換、配準和提取信息，該技術主要是運用多源圖像來獲取互補信息，提升臨床診斷與治療的準確性。（3）制造行業。該技術主要應用于電子線路及零件的檢查、產品表面的檢測、材料的檢驗等，同時也可以對產品的生產過程進行監管。（4）軍事和司法的領域。該技術可以對陸戰、海戰及空戰的事件及目標進行檢測、識別與追逐，也可以用于隱秘武器的探測，同時可以為夜間飛行提供導航服務。（5）遙感的領域。以攝像及數字兩種方法為基礎的融合技術、電磁光譜的運用等。

2.2 應用舉例

在軍事的領域中圖像融合技術有著廣泛的應用。現代化的軍用廣電偵查系統及合成孔徑雷達偵察系統有著復雜的載體環境，兩個系統所具有的目標也具備顯著的不明確性和多元化，同時由于單一傳感器所具備的缺陷，僅僅可以收集環境的部分信息或某一個側面信息，因此，若要利用單一傳感器來感知和闡述環境、目標的特征是無法實現的。軍事領域獲取情報的關鍵來源就是采用多傳感器手段，利用融合技術來融合多源信息，從而對相同事件或目標進行更加精確、更加本質的了解，這對軍事偵查發揮著十分重要的作用。通過運用多傳感器圖像融合技術可以為軍事決策提供可靠、精確的情報信息，同時利用該技術可以對多個傳感器所獲取的情報信息進行有效的整合處理，將各種先進的情報偵察及探測系統進行有效的集成，使它們可以相互彌補自身的不足，可以使各個傳感器充分發揮自身在各個領域內的探測優勢，實現資源與功能的共享互補、提升探測及對抗的性能、增加信息量。因此，該技術具有較大的應用潛力，其發展已經得到了各個國家的關注[2]。

3 ?多傳感器圖像融合技術的發展趨勢

目前，這種技術大多集中在人眼和目標的識別中，日后的研究及應用領域將會是人們關注的熱點，并且可以將目前存在的缺陷加以解決，其主要體現在下列幾個方面：（1）對處于未知動態環境下依舊可以正常工作的多傳感器圖像融合系統進行研發，其中主要包含了可以獨立運行的智能系統和輔助人們掌握環境信息的融合系統。（2）對各個融合算法進行研發，尤其是可以進行并行或實時處理的算法，在某些大型系統中，通過運用并行性較高的計算機，可以增強圖像融合技術的作用效果。（3）發展多傳感器融合技術所需的接口標準，加快相關系統的研發與運用。（4）對神經網絡與人工智能相關的內容進行研究，推動特征級與決策級的融合發展。（5）積極研發科學合理的評價方法來評價圖像融合的效果，以明確最優的融合算法。（6）對多傳感器進行有效的集成工作，在傳感器的芯片中包含了多個處理底層信號和融合算法的傳感器，目前該工作已逐漸成為研究的重點內容[3]。

4 ?結語

多傳感器圖像融合技術主要是將各個類型的傳感器所獲取的相同場景下的各個圖像數據信息進行有效的空間配準，并以此為基礎將各種圖像數據所具有的優勢信息進行互補，同時將這些數據信息進行有效的融合，使其成為一種全新的、高質量的、龐大的圖像信息。在信息融合技術中，圖像融合技術是一個十分重要的分支，目前在軍事、醫療、器械等多個領域都取得了廣泛的應用。

參考文獻

[1] 胡傳奇，王檄，侯家槐.多傳感器圖像融合技術及其進展[J].測繪與空間地理信息，2010（2）：159-162.

[2] 劉雪峰，孫巧巧，趙文倉.多傳感器圖像融合技術[J].現代電子技術，2016，39（22）：158-162.

[3] 崔麥，周建軍，陳超.面向軍事應用的多傳感器圖像融合技術發展研究[J].國防技術基礎，2005（4）：4-5.