第1章　走進圖像融合

1.1 什么是圖像融合

信息融合屬于通信技術、計算機科學和人工智能等多種學科和應用的交叉領域。不同研究領域的研究者對信息融合有不同的理解和定義，歸根結底，信息融合是指綜合利用多源信息以期獲得對同一事物或場景更全面客觀的理解。近年來，隨著現代信息產業和相關科學技術的飛速發展，人們對信息的需求也在不斷增加，極大地帶動了信息融合技術的研究。在軍事方面，信息融合不僅能用于目標檢測、識別和追蹤等低級應用，也可以用于態勢評估和威脅估計等高級應用。此外，信息融合應用已迅速擴展到民用領域，主要包括無人飛機、航空航天應用、目標檢測和跟蹤，以及機器人技術。

信息融合包含很多分支，圖像融合是其中應用最廣泛的分支之一。現代社會，圖像作為人類感知、獲取和傳遞外部信息的主要途徑，承載了豐富的視覺信息，并廣泛應用于社會生活的方方面面，在國防建設和國民經濟發展中發揮著不可替代的作用。得益于新型傳感器和現代成像技術的進步以及數字成像設備的日益普及，圖像的獲取途徑越來越多，獲取方式越來越便捷，進一步推動了視覺信息保存和傳輸技術的發展。由于傳感器之間的物理特性和設計初衷的差異，不同傳感器對同一目標場景采集到的信息具有不同的特征。比如，醫學成像中的CT和MRI圖像分別側重于突出骨骼和軟組織的結構，而紅外傳感器能夠捕獲目標的熱輻射。為了有效整合不同傳感器所成像中的有用信息進而將圖像應用到更廣泛的領域，圖像融合作為信息融合的一個分支開始蓬勃發展。

研究發現，不同傳感器對于同一場景或者同一傳感器在不同時間采集到的不同圖像（這些圖像稱為多源圖像）的信息具有冗余性和互補性。如圖1.1所示（這里以兩幅源圖像為例），圖像融合從多個圖像中收集重要信息，并將它們整合在較少數量的圖像中，一般是單幅圖像，該融合圖像比任何單一源圖像都包含有更豐富、更準確的必要信息。圖像融合不僅可以消除多源圖像之間的冗余信息從而減少數據量，而且能夠構建更適合人類和機器感知的圖像，實現對該場景更準確的理解和描述，有助于后續計算機對圖像的解譯任務。圖像融合克服了單一傳感器技術限制帶來的成像信息不足的問題，致力于探索信息更高效的表達形式，覆蓋更廣泛的空間和時間范圍，提高系統的魯棒性（健壯性）以及可靠性，因此在醫學、軍事、農業、航空航天、遙感、工業等領域發揮了重要的作用。

圖1.1 圖像融合圖解