基于IHS變換的彩色圖像融合方法

黃曉青，余月華

（1.寧夏師范學院物理與電子信息工程學院，寧夏 756000；2.重慶大學城市科技學院，重慶 404100）

基于IHS變換的彩色圖像融合方法

黃曉青1，余月華2

（1.寧夏師范學院物理與電子信息工程學院，寧夏 756000；2.重慶大學城市科技學院，重慶 404100）

0　引言

彩色模型(又稱彩色空間或者彩色系統)的種類眾多，有RGB彩色模型、YIQ/YUV彩色模型、CMY/CMYK彩色模型、IHS彩色模型等。不同應用領域或不同的情況下可選擇合適的彩色模型，例如RGB彩色模型應用最廣泛，主要的應用領域為輸出顯示設備或者攝取設備。IHS彩色模型主要是面向一般的彩色圖像應用。IHS彩色模型中定義了色度H、飽和度S和亮度或者強度I這三個互不相關并容易預測的顏色心理屬性，它反映了人的視覺系統感知彩色的方式。H體現了人對不同顏色的感受，與光波的波長有關，是彩色相互區分的特征。S反映了彩色光所呈現彩色的純度，純光譜色是飽和的，加入白光會稀釋飽和度，一般來說飽和度越大顏色會越鮮艷，反之亦然。I反映了光作用在人眼所引起的光源或物體的明亮程度，一般與物體的反射率是成正比的。IHS模型的建立是基于以下兩個重要特征：①I分量與圖像的彩色分量是沒有關系的；②H分量和S分量與人感受彩色的方式是緊密相連的。這使得IHS模型非常適合于借助人的視覺系統來感知彩色特征的圖像處理算法。而圖像融合［1］（Image Fusion）技術是多源信道對同一目標場景進行數據采集，對采集到的多幅圖像進行綜合處理，得到一幅關于該目標場景信息更準確、更全面的融合圖像。圖像融合由高到底分為三個層次：決策級融合、特征級融合和像素級融合［2-3］。像素級融合保留了更多的原始圖像數據，提供了更精確、豐富和可靠的信息，并且融合后的信息一般為圖像數據，更有利于人眼觀察和計算的進一步分析處理。本文是基于像素級的圖像融合，利用IHS與多分辨率變換相結合的方法對紅外圖像與彩色可見光圖像進行融合處理。

1　彩色圖像融合基本原理

1.1IHS變換

彩色圖像由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型的方法有很多種，可分為線性變換和非線性變換，而常用的轉換方法有幾何推導法、分段定義法、坐標變換法、標準模型法等。下面分別列出一種線性變換和非線性變換方法。

線性變換的公式定義：

由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型（正變換）：

非線性變換的公式定義（以柱形變換為例）：

由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型（正變換）：

如果當B＞G，則H=2π-H。

其逆變換為：

當H≥0&H＜2π/3時，

1.2基于IHS變換的彩色圖像融合算法

基于IHS變換的彩色圖像融合算法流程圖如下圖1所示。

本文以彩色可見光圖像與紅外圖像為例，該融合方法具體步驟為：

首先對彩色可見光圖像進行IHS變換，由RGB彩色模型變換為IHS彩色模型，可分別得到H、S和I分量的子圖像。

圖1　基于IHS變換的彩色圖像融合算法流程圖

提取I分量子圖像，分別對I分量子圖像與紅外圖像進行多分辨率變換可得到I分量的高頻子圖像和低頻子圖像、紅外圖像的高頻子圖像和低頻子圖像。

對高頻子圖像和低頻子圖像采用合適的融合準則進行處理，得到融合后的子圖像。

對融合后的子圖像進行多分辨率逆變換得到的圖像作為新的亮度分量Inew。

將新的亮度分量Inew與H、S分量進行IHS逆變換得到融合后的RGB模型的彩色圖像。

2　實驗結果與分析

為了證明該方法的有效性，下面給出了兩組來自于OCTEC的紅外與彩色可見光圖像，該兩組圖像都是經過嚴格配準后的圖像。首先對圖2（a）和圖3（a）進行IHS變換，可得到H分量、S分量和I分量子圖像，然后利用多尺度多分辨率變換將I分量子圖像和紅外圖像分解為高頻子圖像和低頻子圖像，高頻子圖像采用絕對值最大融合準則，低頻子圖像采用模糊邏輯融合準則［4］，將融合后的子圖像進行多尺度多分辨率逆變換得到融合圖像作為Inew分量子圖像，最后對Inew、H和S分量圖像進行IHS逆變換得到RGB彩色模型融合圖像。在上述實驗中采用的多尺度多分辨率變換為拉普拉斯金字塔變換（LPT）［5］和平穩小波變換（SWT）［6］，其中拉普拉斯金字塔變換采用的濾波器為Burt型濾波器，平穩小波變換使用的小波為bior4.4小波基，分解層數為4。

對于圖2（a）源彩色可見光圖像中有兩處比較濃的煙霧遮擋了房屋、人和樹等細節信息，但由圖2（c）和圖2（d）的融合圖像中可以明顯觀察出被煙霧遮擋的細節信息；而圖3（a）源可見光圖像中大量的煙霧存在使其可觀察性十分弱，利用本文提出的融合方法對源圖像進行融合后可可以觀察到煙霧下的房屋、人和樹等細節信息，并很大的程度上保留了原始圖像的色彩。

圖2　OCTEC1彩色圖像融合結果　

圖3　Octec2彩色圖像融合結果

3　結語

本文以紅外圖像和彩色可見光圖像為例，提出了一種基于IHS變換的彩色圖像融合方法。將彩色可見光圖像從RGB空間轉換到HSI空間的融合方法存在較大的局限性，在該算法中要求將融合后得到的I_new分量與被替換掉的I分量具有較大的相關性，如果I與I_new分量的相關性較低，可能會導致融合后的彩色圖像出現光譜扭曲現象，融合效果較不理想。通過實驗結果表明，將IHS變換與多分辨率分析變換相結合的圖像融合方法不僅能得到具有與可見光圖像相近的自然色彩，而且得到了較理想的亮度和飽和度。

［1］Ardeshir G,A，Nikolov S.Image Fusion:Advances in the State of the Art.Information Fusion［J］,2007,8（2）:114-118.

［2］張加友，王江安．紅外圖像融合［J］．光電子激光，2000，11（5）：537-539．

［3］孫巍．像素級多聚焦圖像融合算法研究［D］．吉林：吉林大學，2008．

［4］Colin N,Moruzzie M.Radar Target Recognition by Fuzzy Logic［C］.Proc Int Conf Fuzzy Systems,USA,1997:257-262.

［5］Ahearn S C.Combining Laplacian Images of Different Spatial Frequencies Implications for Remote Sensing Image Analysis［J］.IEEE Trans.On Geoscience and Remote Sensing,1988,26（6）:826～813.

［6］NASON G P,Silverman B W.The Stationary Wavelet Transform and Some Statistical Applitions In Wavelet and Statistics［J］.Lecture Notes in Statistics，1995，103:281-299.

The Color Image Fusion；IHS Transform；Multi-Resolution Tansform

The Algorithm of Color Image Fusion Based on IHS Transform

HUANG Xiao-qing1，YU Yue-hua2

（1.School of Physics and Information Technology,Ningxia Normal University，Ningxia 756000；2.City College of Science and Technology，Chongqing University,Chongqing 404100）

1007-1423（2015）32-0057-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.32.014

黃曉青（1985-），女，寧夏銀川人，助教，碩士研究生，研究方向為圖像處理

2015-10-16

2015-10-26

提出一種基于IHS變換的彩色圖像融合方法。以紅外圖像與彩色可見光圖像為例，將RGB空間模型的彩色可見光圖像進行IHS變換，可得到I、S、H三個分量圖像。再分別對紅外圖像和I圖像進行多分辨率變換得到高頻子圖像和低頻子圖像，分別對高頻子圖像、低頻子圖像采用采用合適的融合準則進行融合，對融合后的子圖像再進行多分辨率逆變換后得到新的亮度分量Inew，最后將Inew與H、S分量圖像通過IHS逆變換轉換到RGB空間，得到融合彩色圖像。仿真實驗證明，該方法可得到良好的融合效果。

彩色圖像融合；IHS變換；多分辨率變換

余月華（1985-），女，河南信陽人，助教，碩士研究生，研究方向為圖像處理

Proposes a color image fusion algorithm based on IHS transform.For example,infrared and color visible image,the RGB space model of visible images are decomposed into I,H and S component of the image using the IHS transform.Then input infrared and I component of image are decomposed into a series of low frequency and high frequency subband by using multi-resolution transform tools.The low frequency subband coefficients and high frequency subband coefficients using the appropriate fusion rules.The new image of Inewis obtained by taking inverse multi-resolution transform of the fused coefficients.At last the fusion color image is obtained by taking inverse IHS transform of the Inew,H and S component of the image.Simulation results show that the algorithm based on the IHS transform obtains a good fusion effect.