基于提升小波变换的图像融合与批处理系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB开发一套基于提升小波变换（Lifting Wavelet Transform）的图像融合与自动化处理工具。该系统旨在通过小波多尺度分析技术，将来自不同传感器或不同聚焦位置的同一场景图像进行特征提取与有效融合。系统核心采用了提升方案设计的离散小波变换，通过分裂、预测和更新三个逻辑步骤实现信号变换，相比传统卷积模式具有更高的计算速度和更低的内存需求。在算法层面，功能涵盖了图像的二级或多级分解，并针对低频分量和高频分量提供了多种融合规则，如加权平均法、区域特征取大法以及梯度值最大化法，以确

详 情 说 明

基于提升小波变换的图像融合与批处理系统

项目介绍

本项目是一套基于MATLAB开发的图像处理工具，专注于利用提升小波变换（Lifting Wavelet Transform, LWT）实现多源图像的特征融合。该系统能够有效地将来自不同传感器或具有不同焦点的源图像通过多尺度分析技术结合在一起。通过采用提升方案设计的离散小波变换，系统将传统的卷积运算转化为分裂、预测和更新三个逻辑步骤，显著提升了处理速度并降低了计算过程中的内存占用。

功能特性

• 全自动化批处理：系统支持对指定文件夹内的图像进行自动扫描，识别成对的待处理图像并按顺序执行自动化融合任务。
• 多尺度提升小波分解：支持用户自定义分解层级（默认为二级），通过二位提升小波提取图像的近似分量与细节分量。
• 混合融合策略：

* 低频分量：采用加权平均规则，确保融合后的图像能够平滑继承源图像的整体亮度与背景背景。 * 高频分量：采用基于3x3局部区域能量最大化的选择规则，精准捕捉源图像中的边缘、轮廓和纹理细节。

• 彩色通道支持：具备彩色图像处理能力，通过对RGB各通道进行独立融合处理，保持融合结果的色彩完整性。
• 多维评价与监控：系统集成评价指标计算功能，并提供可视化的实时仪表盘，方便用户在处理过程中直观对比融合效果。

系统要求

• 运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 核心工具箱：Image Processing Toolbox（图像处理工具箱）。
• 硬件要求：标准桌面配置即可，由于采用了提升小波算法，对低内存设备亦有较好的适配性。

实现逻辑与算法细节

#### 1. 工作流程初始化 程序启动后会检查输入与输出路径，若输入目录为空，会自动触发示例数据生成模块以提供测试图像对。通过定义的多种图片后缀名（jpg, png, tif, bmp），系统将按文件顺序对图像进行两两配对，建立批处理队列。

#### 2. 图像预处理 在进行融合前，程序会对输入的成对图像进行一致性检查和预处理。这包括：

• 尺寸规整：确保两张源图像的像素尺寸（长、宽）完全一致。
• 类型转换：将图像数据转换为浮点型（double）以保证后续数学运算的精度。
• 颜色模式检查：识别图像是灰度图还是彩色图，以决定是否启动多通道并行处理逻辑。

#### 3. 提升小波变换核心（LWT） 这是系统的核心算法模块，严格遵循以下数学步骤：

• 分裂（Split）：将信号分为奇数序列和偶数序列。
• 预测（Predict）：利用5/3整数小波变换逻辑，通过偶数序列预测奇数序列，提取高频细节（H）。
• 更新（Update）：利用高频细节更新偶数序列，得到平滑后的低频近似（L）。
• 维度扩展：通过一维提升步骤的嵌套执行（行处理后紧接列处理），实现完整的2D图像分解与重构。

#### 4. 融合规则应用

• 近似分量（LL）融合：对分解后最顶层的低频系数进行算术平均，旨在融合不同光照下的场景背景。
• 细节分量（LH, HL, HH）融合：

* 首先计算每个像素点周围3x3邻域内的局部能量平方和。 * 构造能量掩码映射表，对比两源图像在相同位置的能量强度。 * 选择能量值较大的系数作为最终的融合分量，从而强化融合图像的清晰度。

#### 5. 逆变换与保存 将合成后的低频和高频系数通过逆向更新和逆向预测步骤，按分解级数逐层重构。最后将结果限幅在标准像素范围（0-255）内并转换为uint8格式进行持久化存储。

关键函数功能解析

• 主控逻辑函数：负责项目环境部署、文件扫描、批处理循环调用以及最后的可视化展示。
• 提升融合引擎：封装了从多级分解、融合规则执行到逆变换重构的完整数学流程，支持逐层递归处理。
• 一维提升方案核心：实现了经典的5/3提升逻辑，包括针对边界对齐的像素补偿机制以及整数化的预测和更新算子。
• 评价与仪表盘模块：在每一组图像处理完成后，计算融合指标并实时弹窗渲染对比图组，直观展示源图与结果的差异。

使用方法

1. 将待处理的图像对放入指定的输入文件夹中。
2. 在MATLAB命令行窗口运行主程序脚本。
3. 程序将自动根据预设的级数执行提升小波变换。
4. 处理完成后，可在指定的输出文件夹中查看所有生成的融合结果。
5. 通过实时弹出的仪表盘观察图像质量反馈。