[发明专利]一种基于深度信息提取的多聚焦图像融合方法

摘要

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于深度信息提取的多聚焦图像融合方法，广泛应用于目标识别，显微成像，军事作战，机器视觉等领域。本发明首先利用各向异性热扩散理论建模多聚焦图像的成像过程，获取原始的多聚焦图像的深度信息，根据图像信息确定聚焦区域，得到多聚焦图像融合模板，最后根据平滑的多层次融合模板图进行多聚焦图像的融合。本方法不仅能够有效的提高融合图像的质量，并且具有良好的实用性和广泛的适用性。

主权项

一种基于深度信息提取的多聚焦图像融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集一组多聚焦图像，该多聚焦图像是同一场景下分别聚焦于前景、背景的一组多聚焦图像；步骤2：利用各向异性热扩散理论建模多聚焦图像的成像过程，获取步骤1中采集的原始的多聚焦图像的深度信息，该深度信息的提取基于带有正则化项的能量泛函极值求取，并通过迭代获得场景的深度信息；包括以下子步骤：步骤2.1：获取拍摄多聚焦图像的相机的标定参数，并设定阈值ε，虚拟时间Δt，正则化参数α，步长β以及迭代次数Nit；相机的标定参数包括焦距f，象距v1和v2，镜头孔径D，相机参数γ；步骤2.2：初始化深度信息此时图像中每个点的初始深度值均为此值；其中y是图像二维坐标；步骤2.3：依据深度信息，计算相应的扩散系数c(y)和扩散区域Ω+、Ω‑；步骤2.4：利用步骤2.3中获得的参数模拟如下的两个图像前向热扩散方程；式中，I1(y)是输入图像A，I2(y)是输入图像B，扩散系数▽是梯度算子▽.是散度算子步骤2.5：分别求解步骤2.4中的热扩散方程式2.2和式2.3，得到各自经过Δt的热扩散图像u1(y,Δt)，u2(y,Δt)，然后用来模拟如下热扩散抛物线方程；步骤2.6：由于步骤2.4图像前向热扩散方程得到解不唯一，导致w1(y,Δt)和w2(y,Δt)不唯一，为了得到使w1(y,Δt)和w2(y,Δt)最小的热扩散方程的解，因此采用约束条件：式中：E1(s)＝∫H(c(y))|u1(y,Δt)‑I2(y)|2dy    式2.7E2(s)＝∫H(‑c(y))|u2(y,Δt)‑I1(y)|2dy    式2.8得到步骤2.5中的方程的唯一解：w1(y,Δt)和w2(y,Δt)；步骤2.7，对式2.6求梯度有：在式2.9中，上述各式中，H(·)表示Heaviside函数(单位阶跃函数)，δ(·)表示Dirac函数(单位冲激函数)，u1(y,Δt)和u2(y,Δt)是求解步骤2.6的方程得到的，w1(y,Δt)和w2(y,Δt)是求解步骤2.6的方程得到的，c'(s)是热扩散系数的梯度值，由式2.1计算得到为：M(s)的计算公式如下：步骤2.8：将计算式2.9得到的结果记作然后与事先设定的阈值比较；比较结果一：若data_reg≤ε，则该点的深度估计较准，无需修正；比较结果二：若data_reg＞ε，则该点的深度值估计不准，需要进行深度值的修正；步骤2.9：对步骤2.8中需要修正的深度值进行一定时间步长β的修正，即对深度修正1/β次，并更新深度图；其修正公式如下：E′3(s)＝‑2αΔs(y)+2ακs(y)    式2.14因此加上步骤2.8中计算出来的data_reg可以得到单位步长内修正后的深度s'(y)：s'(y)＝s(y)‑(data_reg+2ακs(y)‑2αΔs(y))    2.15将深度值s(y)迭代基于式2.15执行1/β次，得到最终修正后的深度值；步骤2.10：将每个点得到的修正后的深度值作为更新的深度值返回步骤2.3替换上一次深度值继续执行，直至迭代次数Nit后结束；步骤3：根据深度信息确定聚焦区域，得到多聚焦图像融合模板，具体是根据提取出的深度用256个等级的灰度图表示，规定灰度值越小，即图像越暗，表示离拍摄者越近，给定阈值Th_low、Th_high来分割深度图来确定聚焦区域；步骤4：根据平滑的多层次融合模板进行多聚焦图像的融合。