Curvelet基于目标特性的多波段图像融合技术研究(3)
第四部分通过研究基于Curvelet 变换高频分量相关系数理论，设计了多波段图像融合算法,同时对融合结果进行仿真和理论分析；
第五部分本论文的结论部分，总结了论文写作过程中的得失，以便后续学习生活借鉴。
2 多波段图像融合
2.1 多波段图像的成像原理
光学成像是人们获取图像最常用、最重要的手段。与视觉在人类获取外界信息中的主导地位相对应，光学成像在信息获取中占据着不可替代的地位。
2.1.1 微光成像机理
夜天空的夜天自然光,除含有可见光成份外,还包括丰富的近红外辐射。有月时月光是夜天光的主要来源;无月时,大气辉光、直射星光和散射星光是夜天光的主要组成部分。月光由于是反射的太阳光,因此与日光有相同的光谱分布;辐射峰值出现在400 ~800 nm波段之间;而星光和大气辉光在近红外区增长得很快,峰值在1000~1300 nm之间,所以使得夜天光的光谱能量向近红外区偏移,满月时辐射峰值大约出现在700~800 nm之间,无月时则峰值出现在1000 nm之后。不同目标景物在不同波段反射和辐射的能量存在一定差异。
微光夜视仪成像过程的实质是目标(或景物)的辐射能(或反射辐射能)照射到光电阴极之后,在其敏感的光谱范围内进行积分的过程。夜间景物的亮度源于景物反射夜天光,取决于本身的表面反射特性。其数学模型如式（2.1）
(2.1)
式中 为目标景物的亮度值， 为夜天光的光谱辐射度, 为目标景物的光谱反射率， 为大气的光谱传输特性， 为成像光学系统的光谱透射率， 为光电阴极的光谱响应率， 微通道板的（MCP）增益， 为荧光屏的光谱量子效率， 为CCD阵列的光谱转移效率， 、 为光电阴极的上下响应截止波长[6]。
其中夜天光的光谱辐射度 如图2.1所示，目标景物的光谱反射率 如图2.2所示，大气的光谱传输特性 如图2.3所示，其余参数由给定系统决定。而我们最终的得到的灰度图像其像素灰度值与亮度值是成比例对应关系的。
图2.1夜天光的光谱辐射度
图2.2 目标景物的光谱反射率
图2.3大气的光谱传输特性
其他参数就光电探测器而言,如果光谱响应峰值位于被探测物体的辐射主峰范围,则能取得最佳的探测效果。夜天光反射,簇叶、绿色服装、泥土以及湿的沙子的光谱反射,均在0.8μm以后具有较高的反射系数[7]。
就以绿色植物为例,夜天光在红外及近红外区域有着突出强烈的自然辐射,绿色植物在这个光谱范围内的反射非常强烈,在720 nm之前绿色植物的反射非常弱,而日光的辐射能量主要集中在720 nm之前,因此成像后绿色植物在日间图像中显得比较暗,而在微光图像中显得较亮,发生了对比度反转。
自然界中绿色草木和人造物体（军装布、粗糙混凝土和暗绿色涂层）在可见光和近红外波段内反射系数如图2.2所示
图像融合技术微光图像有许多特征,如图像对比度低、信噪比低、灰度分布比较集中等等,这些因素在建立数学模型的时候必须加以考虑。
2.1.2 红外成像机理
普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础。
一个绝对温度为T(K)的黑体，单位表面积在波长 附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度) 与波长 、温度 满足下列关系:
(2.2)
式中：第一辐射常数, ,
第二辐射常数, 。
黑体在给定波长范围内的光谱辐射出射度与温度的关系如下：
(2.3)