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基于卷积神经网络结合NSCT的红外与可见光图像融合

曹宇彤 宦克为 薛超 韩丰地 李向阳 陈笑

曹宇彤, 宦克为, 薛超, 韩丰地, 李向阳, 陈笑. 基于卷积神经网络结合NSCT的红外与可见光图像融合[J]. 红外技术, 2023, 45(4): 378-385.
引用本文: 曹宇彤, 宦克为, 薛超, 韩丰地, 李向阳, 陈笑. 基于卷积神经网络结合NSCT的红外与可见光图像融合[J]. 红外技术, 2023, 45(4): 378-385.
CAO Yutong, HUAN Kewei, XUE Chao, HAN Fengdi, LI Xiangyang, CHEN Xiao. Infrared and Visible Image Fusion Based on CNN with NSCT[J]. Infrared Technology , 2023, 45(4): 378-385.
Citation: CAO Yutong, HUAN Kewei, XUE Chao, HAN Fengdi, LI Xiangyang, CHEN Xiao. Infrared and Visible Image Fusion Based on CNN with NSCT[J]. Infrared Technology , 2023, 45(4): 378-385.

基于卷积神经网络结合NSCT的红外与可见光图像融合

基金项目: 

国家自然科学基金 61905026

吉林省科技发展计划项目 20210101158JC

详细信息
    作者简介:

    曹宇彤(1996-),男,硕士研究生,研究方向:红外成像技术

    通讯作者:

    宦克为(1982-),男,博士,副教授,研究方向:红外成像技术,近红外光谱分析技术。E-mail:huankewei@126.com

  • 中图分类号: TP391

Infrared and Visible Image Fusion Based on CNN with NSCT

  • 摘要: 传统红外与可见光融合图像在复杂环境下存在细节缺失,特征单一导致目标模糊等问题,本文提出一种基于卷积神经网络结合非下采样轮廓波变换(non-subsampled contourlet transform,NSCT)的红外与可见光图像进行融合的方法。首先,通过卷积神经网络提取红外与可见光目标特征信息,同时利用NSCT对源图像进行多尺度分解,得到源图像的高频系数与低频系数;其次,结合目标特征图利用自适应模糊逻辑与局部方差对比度分别对源图像高频子带与低频子带进行融合;最后,通过逆NSCT变换得到融合图像并与其他5种传统算法进行对比;实验结果表明,本文方法在多个客观评价指标上均有所提高。
  • 图  1  卷积神经网络结构

    Figure  1.  Convolutional neural network structure

    图  2  损失函数

    Figure  2.  Loss function

    图  3  红外图像“Nato_camp”及多种方法提取显著性图像:(a) 红外图像“Nato_camp”;(b) 图像“Nato_camp”标准分割图;(c) FT方法;(d) AC方法;(e) LC方法;(f) CNN方法

    Figure  3.  Infrared image ''Nato_camp'' and images after saliency extraction by various methods: (a) Infrared image "Nato_camp"; (b) Standard segmentation of image "Nato_camp"; (c) FT method; (d) AC method; (e) LC method; (f) CNN method

    图  4  红外图像“Kaptein”及多种方法提取显著性图像:(a) 红外图像“Kaptein”;(b) 图像“Kaptein”标准分割图;(c) FT方法;(d) AC方法;(e) LC方法;(f) CNN方法

    Figure  4.  Infrared image ''Kaptein'' and images after saliency extraction by various methods: (a) Infrared image "Kaptein"; (b) Standard segmentation of image "Kaptein"; (c) FT method; (d) AC method; (e) LC method; (f) CNN method

    图  5  神经网络结合NSCT图像融合模型

    Figure  5.  Image fusion model based on convolutional neural network and NSCT

    图  6  “Nato_camp”红外和可见光图像以及融合结果:(a) 红外图像;(b) 可见光图像;(c) LP方法;(d) DWT方法;(e) BEMD方法;(f) NSST方法;(g) NSCT方法;(h) 本文方法

    Figure  6.  ''Nato_camp'' infrared and visible images and fusion results: (a) Infrared image; (b) Visible image; (c) LP method; (d) DWT method; (e) BEMD method; (f) NSST method; (g) NSCT method; (h) Proposed method

    图  7  “Kaptein”红外和可见光图像以及融合结果:(a) 红外图像;(b) 可见光图像;(c) LP方法;(d) DWT方法;(e) BEMD方法;(f) NSST方法;(g) NSCT方法;(h) 本文方法

    Figure  7.  ''Kaptein'' infrared and visible images and fusion results: (a) Infrared image; (b) Visible image; (c) LP method (d) DWT method; (e) BEMD method; (f) NSST method; (g) NSCT method; (h) Proposed method

    图  8  “iron”红外和可见光图像以及融合结果:(a) 红外图像;(b) 可见光图像;(c) LP方法;(d) DWT方法;(e) BEMD方法;(f) NSST方法;(g) NSCT方法;(h)本文方法

    Figure  8.  ''iron'' infrared and visible images and fusion results: (a) Infrared image; (b) Visible image; (c) LP method (d) DWT method; (e) BEMD method; (f) NSST method; (g) NSCT method; (h) Proposed method

    表  1  目标显著性提取评价指标MAE

    Table  1.   Target significance extraction evaluation index MAE

    Method AC FT LC CNN
    MSE1 1429.6117 1816.0338 1377.7657 9.8357
    MSE2 672.0769 1379.5997 1965.2603 17.2382
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    表  2  红外与可见光图像融合效果评价

    Table  2.   Infrared and visible image fusion effect evaluation

    Image Image fusion method IE AG SF MI CEN
    “Nato_camp” LP 6.6747 5.5365 15.9373 1.7365 1.4858
    DWT 6.9908 6.6575 17.4658 1.6712 0.6218
    BEMD 6.6029 6.2838 17.1804 1.3671 1.7880
    NSST 6.8419 5.8138 16.7266 1.3348 1.5568
    NSCT 6.6224 6.3133 17.3085 2.0859 0.3409
    Ours 7.1934 4.7142 17.5647 2.0883 0.3206
    “Kaptein” LP 6.7174 4.0659 12.8846 3.2774 1.3173
    DWT 7.1419 6.2009 18.9346 3.8891 1.0452
    BEMD 6.7497 5.9790 19.4699 3.0136 1.2275
    NSST 6.8063 4.4414 15.8489 3.9370 1.1409
    NSCT 6.9281 6.3012 19.2932 3.6070 1.6858
    Ours 7.2729 4.5076 20.1209 3.9387 1.0457
    “iron” LP 6.4638 7.1542 20.2285 3.1355 0.5064
    DWT 6.6377 11.7327 33.4574 3.3785 0.6087
    BEMD 6.5765 9.4525 23.3567 3.4273 0.5408
    NSST 6.7624 14.7945 39.4278 3.4058 0.5075
    NSCT 6.7352 15.6254 40.4253 3.1668 0.4772
    Ours 6.7648 14.7857 40.8547 3.8173 0.4117
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-07
  • 修回日期:  2021-09-13
  • 刊出日期:  2023-04-20

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