自20世紀70年代以來，圖像融合技術已成為世界各國的研究熱點。圖像融合技術是夜視技術的一個重要分支。多傳感器圖像融合（如多波段紅外、可見光、微光、紫外等融合）將所獲取的關于同一場景的多傳感器圖像加以綜合，生成一個新的有關此場景的圖像，得到的融合圖像中包含的信息比單一傳感器圖像更加豐富，能夠更準確、更全面地表征所在環境下的圖像信息，有利于后續的圖像處理與分析。而圖像配準技術是影響多傳感器融合系統成像質量的關鍵因素。
紅外與微光（或可見光）融合是多傳感器圖像融合技術的發展主流，在軍用和民用領域發揮著越來越重要的作用。本書基于作者多年研究圖像配準和圖像融合技術的工作經驗, 并結合多傳感器融合系統開發中遇到的關鍵技術問題編寫而成, 以期對從事多傳感器融合系統開發工作的科研人員及工程技術人員有所幫助。
本書將圖像配準和圖像融合理論與實際應用相結合, 更加關注圖像配準與融合技術的硬件實現。從實用角度出發,
本書系統地介紹了多傳感器融合系統中的圖像配準和圖像融合關鍵技術。本書共6章，第1章介紹了圖像配準技術、圖像融合技術以及多傳感器融合系統研究現狀；第2章介紹了一種多傳感器圖像配準客觀評價方法；第3章介紹了一種
多波段圖像配準與融合技術；第4章介紹了多傳感器圖像融合前端光學測試系統的設計與實現方法；第5章闡述了圖像融合的FPGA功能設計與實現過程；第6章介紹了中、短波紅外與激光測距融合信息感知系統的設計與實現方法。
本書由北京工商大學邢素霞，南京理工大學張俊舉、彭富倫、李英杰共同編著。邢素霞完成統稿工作，并負責編寫第1、2、3、5章；張俊舉編寫第4章； 李英杰和彭富倫共同編寫第6章。
在本書的編寫過程中, 我們參考了一些文獻的觀點和素材，在此向相關文獻的作者表示感謝。
此外，竇亮在本書的整理過程中給予了大力支持和幫助, 在此深表謝意。
由于作者水平有限，本書難免存在不妥之處，敬請專家和讀者批評指正。
作 者
2023年5月
第1章 緒論 1
1.1 研究背景和意義 1
1.2 圖像配準技術研究現狀 3
1.3 圖像融合技術研究現狀 4
1.4 基于FPGA的融合技術 5
1.5 多傳感器融合系統研究現狀 7
1.6 應用前景 11
本章小結 12
本章參考文獻 12
第2章 多傳感器圖像配準客觀評價方法 14
2.1 概述 14
2.2 多傳感器圖像配準評價指標 15
2.2.1 評價指標的選取 15
2.2.2 邊緣清晰度指標 16
2.2.3 目標顯著性指標 19
2.2.4 色彩一致性指標 22
2.2.5 多傳感器圖像配準綜合客觀評價指標 22
2.3 圖像配準實驗與結果評價 22
2.3.1 自然場景圖像實驗 22
2.3.2 路面場景圖像實驗 24
2.3.3 城市街區圖像實驗 26
2.3.4 主觀評價實驗 27
本章小結 29
本章參考文獻 29
第3章 多波段圖像配準與融合技術 31
3.1 系統成像特性分析 31
3.1.1 紅外圖像特性分析 31
3.1.2 可見光圖像特性分析 33
3.1.3 圖像的配準融合分析 34
3.2 圖像配準技術 35
3.2.1 基于灰度信息的圖像配準方法 36
3.2.2 基于特征的圖像配準方法 37
3.2.3 常用的圖像配準幾何變換模型 38
3.3 圖像融合預處理 39
3.3.1 灰度變換處理 39
3.3.2 空間濾波處理 40
3.3.3 幾何校正處理 41
3.3.4 形態學圖像處理 44
3.4 圖像融合技術 46
3.4.1 加權平均融合 46
3.4.2 Laplace金字塔融合 47
3.4.3 快速二維經驗模式分解融合 48
3.4.4 基于目標增強的形態學融合 51
3.5 多波段紅外圖像聯合配準與融合方法 52
3.5.1 仿射變換參數估計 53
3.5.2 融合質量評價函數 54
3.5.3 迭代優化 55
3.6 多波段圖像聯合配準與融合實驗 56
3.6.1 配準算法 56
3.6.2 實驗數據 57
3.6.3 實驗結果與分析 67
本章小結 70
本章參考文獻 71
第4章 多傳感器圖像融合前端光學測試系統設計與實現 74
4.1 概述 74
4.2 系統光學測試原理 74
4.3 多傳感器圖像融合前端光學測試系統設計 75
4.3.1 系統組成和設計指標 75
4.3.2 光源設計 77
4.3.3 靶標設計 78
4.3.4 反射式平行光管設計 79
4.3.5 機械結構設計 80
4.4 融合系統視場大小測試 81
4.4.1 視場測試原理 81
4.4.2 視場測試誤差分析 82
4.4.3 實驗結果與分析 83
4.5 光軸平行度測試 84
4.5.1 光軸平行度測試原理 84
4.5.2 光軸平行度測試誤差分析 87
4.5.3 實驗結果與分析 88
4.6 圖像分辨率測試 92
4.6.1 圖像分辨率測試原理 92
4.6.2 圖像分辨率測試誤差分析 94
4.6.3 實驗結果與分析 95
4.7 圖像中心配準精度測試 96
本章小結 99
本章參考文獻 99
第5章 圖像融合的FPGA功能設計與實現 101
5.1 概述 101
5.2 圖像預處理算法的實現 101
5.2.1 DSP Builder開發流程 101
5.2.2 改進中值濾波算法的實現 103
5.2.3 形態學tophat算法的實現 105
5.2.4 自動增強算法的實現 106
5.2.5 Gauss算法模板的實現 108
5.3 圖像融合算法的FPGA實現 110
5.3.1 FPGA中融合算法的原理與結構設計 110
5.3.2 Laplace金字塔融合算法的實現 113
5.3.3 FABEMD融合算法的實現 118
5.4 實驗結果與分析 122
5.4.1 系統成像實驗 122
5.4.2 系統性能分析 123
本章小結 124
本章參考文獻 125
第6章 中、短波紅外與激光測距融合信息感知系統設計與實現 126
6.1 概述 126
6.2 系統總體結構 127
6.3 前端探測系統設計 129
6.3.1 制冷中波紅外熱像儀 129
6.3.2 InGaAs短波紅外熱像儀 131
6.3.3 激光測距儀 134
6.3.4 前端光學結構 135
6.3.5 光電轉臺 137
6.4 后端顯示與控制系統設計 141
6.4.1 圖形工作站選型 141
6.4.2 圖像處理單元設計 142
6.4.3 上位機控制軟件設計 143
6.5 系統功能的實現 144
6.5.1 圖像配準功能的實現 144
6.5.2 圖像融合功能的實現 146
6.5.3 圖像拼接功能的實現 148
6.5.4 目標測距功能的實現 150
6.5.5 目標分割和跟蹤功能的實現 150
本章小結 155
本章參考文獻 155
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