第1章　走进图像融合

1.1 什么是图像融合

信息融合属于通信技术、计算机科学和人工智能等多种学科和应用的交叉领域。不同研究领域的研究者对信息融合有不同的理解和定义，归根结底，信息融合是指综合利用多源信息以期获得对同一事物或场景更全面客观的理解。近年来，随着现代信息产业和相关科学技术的飞速发展，人们对信息的需求也在不断增加，极大地带动了信息融合技术的研究。在军事方面，信息融合不仅能用于目标检测、识别和追踪等低级应用，也可以用于态势评估和威胁估计等高级应用。此外，信息融合应用已迅速扩展到民用领域，主要包括无人飞机、航空航天应用、目标检测和跟踪，以及机器人技术。

信息融合包含很多分支，图像融合是其中应用最广泛的分支之一。现代社会，图像作为人类感知、获取和传递外部信息的主要途径，承载了丰富的视觉信息，并广泛应用于社会生活的方方面面，在国防建设和国民经济发展中发挥着不可替代的作用。得益于新型传感器和现代成像技术的进步以及数字成像设备的日益普及，图像的获取途径越来越多，获取方式越来越便捷，进一步推动了视觉信息保存和传输技术的发展。由于传感器之间的物理特性和设计初衷的差异，不同传感器对同一目标场景采集到的信息具有不同的特征。比如，医学成像中的CT和MRI图像分别侧重于突出骨骼和软组织的结构，而红外传感器能够捕获目标的热辐射。为了有效整合不同传感器所成像中的有用信息进而将图像应用到更广泛的领域，图像融合作为信息融合的一个分支开始蓬勃发展。

研究发现，不同传感器对于同一场景或者同一传感器在不同时间采集到的不同图像（这些图像称为多源图像）的信息具有冗余性和互补性。如图1.1所示（这里以两幅源图像为例），图像融合从多个图像中收集重要信息，并将它们整合在较少数量的图像中，一般是单幅图像，该融合图像比任何单一源图像都包含有更丰富、更准确的必要信息。图像融合不仅可以消除多源图像之间的冗余信息从而减少数据量，而且能够构建更适合人类和机器感知的图像，实现对该场景更准确的理解和描述，有助于后续计算机对图像的解译任务。图像融合克服了单一传感器技术限制带来的成像信息不足的问题，致力于探索信息更高效的表达形式，覆盖更广泛的空间和时间范围，提高系统的鲁棒性（健壮性）以及可靠性，因此在医学、军事、农业、航空航天、遥感、工业等领域发挥了重要的作用。

图1.1 图像融合图解