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基于可能性理论的红外与可见光视频自适应分层融合算法

吉琳娜 郭小铭 杨风暴

吉琳娜,郭小铭,杨风暴. 基于可能性理论的红外与可见光视频自适应分层融合算法[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(10):3021-3031 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0765
引用本文: 吉琳娜,郭小铭,杨风暴. 基于可能性理论的红外与可见光视频自适应分层融合算法[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(10):3021-3031 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0765
JI L N,GUO X M,YANG F B. Adaptive layered fusion algorithm for infrared and visible video based on possibility theory[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(10):3021-3031 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0765
Citation: JI L N,GUO X M,YANG F B. Adaptive layered fusion algorithm for infrared and visible video based on possibility theory[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(10):3021-3031 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0765

基于可能性理论的红外与可见光视频自适应分层融合算法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0765
基金项目: 国家自然科学基金(61702465);山西省基础研究计划(201901D211238,202203021221104);山西省高等学校科技创新项目(2020L0264);中北大学研究生科技立项(2022180501)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:jlnnuc@163.com

  • 中图分类号: TP391

Adaptive layered fusion algorithm for infrared and visible video based on possibility theory

Funds: National Natural Science Foundation of China (61702465); Fundamental Research Program of Shanxi Province (201901D211238,202203021221104); Scientific and Technological Innovation Programs of Higher Education Institutions in Shanxi (2020L0264); Postgraduate Science and Technology Project of the North University of China (2022180501)
More Information
  • 摘要:

    针对目前红外与可见光视频融合模型无法根据视频间差异特征动态调整融合策略,造成融合效果差甚至失效等问题,提出了一种基于可能性理论的红外与可见光视频的自适应分层融合算法。计算视频序列每帧中感兴趣区域的各类差异特征的幅值大小,得到每帧对应的主要差异特征;搭建分层融合框架,并确定各层变元,基于余弦相似性计算不同变元对各差异特征的融合有效度,利用可能性理论构造相应的融合有效度分布;逐层分析不同变元对各类差异特征的融合效果,选择出每层的最优变元;通过变元间的优化组合实现红外与可见光视频的自适应分层融合。实验结果表明:所提算法在保留红外典型目标和可见光结构细节等方面取得了显著的融合效果,并且在定量分析和定性评价上明显优于单一融合算法。

     

  • 图 1  自适应分层融合示意图

    Figure 1.  Schematic of adaptive layered fusion

    图 2  红外与可见光序列图像

    Figure 2.  Infrared and visible sequence images

    图 3  自适应分层融合算法流程

    Figure 3.  Flowchart of adaptive layered fusion algorithm

    图 4  BEPMS 数据集中的红外与可见光视频的部分帧

    Figure 4.  Some frames of infrared and visible video in BEPMS dataset

    图 5  不同融合算法变元对差异特征的融合有效度分布

    Figure 5.  Distribution of fusion effectiveness of different fusion algorithm variables for difference features

    图 6  不同融合结构变元的融合性能比较

    Figure 6.  Comparison of fusion performance of different fusion structure variables

    图 7  BEPMS数据集中部分帧的融合结果

    Figure 7.  Fusion results of some frames in BEPMS dataset

    图 8  OTCBVS数据集中部分帧的融合结果

    Figure 8.  Fusion results of some frames in OTCBVS dataset

    图 9  不同融合算法的运行时间

    Figure 9.  Running time of different fusion algorithms

    图 10  视频相似性检测结果

    Figure 10.  Video similarity detection results

    表  1  部分帧差异特征的归一化结果

    Table  1.   Normalized difference features of someframes

    差异特征 视频序列
    第1帧 第12帧 第50帧 第105帧 第185帧 第200帧
    GM 0.5801 0.2426 0.4845 1.0000 0.3197 0
    SD 0.3231 0.1945 0.2304 0.0066 1.0000 0.4437
    AG 0.2097 0.0403 0.1344 0 1.0000 0.4429
    EI 0.5950 0.3563 0.2882 0.2663 1.0000 0.5973
    CN 0.5165 0.2431 0.3735 0 0.5683 0.4481
    CA 0.3851 0 0.4701 0.5629 0.6641 0.2062
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    表  2  各帧对应的最优融合算法变元

    Table  2.   Optimal fusion algorithm variables corresponding to each frame

    视频序列 融合算法
    第1帧 DTCWT
    第12帧 DTCWT
    第50帧 DTCWT
    第105帧 SWT
    第185帧 WPT/LP/CVT
    第200帧 NSCT
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    表  3  各帧对应的最优融合规则变元

    Table  3.   Optimal fusion rule variables corresponding to each frame

    视频序列 低频 高频
    第1帧 SWA WE
    第12帧 SWA AMC
    第50帧 SWA WE
    第105帧 SWA MC
    第185帧 SWA WG
    第200帧 MC AMC
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    表  4  各帧对应的最优融合参数变元

    Table  4.   Optimal fusion parameter variables corresponding to each frame

    视频序列 滤波器 分解层数
    第1层 其他层
    第1帧 near_sym_a qshift_06 2
    第12帧 near_sym_a qshift_06 3
    第50帧 antomini qshift_a 4
    第105帧 legall qshift_a 1
    第185帧 near_sym_a qshift_06 3
    第200帧 near_sym_a qshift_06 1
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    表  5  BEPMS数据集各评价指标结果

    Table  5.   Results of each evaluation index in BEPMS dataset

    融合算法 QAB/F Q0 Qw Qe MI VIFF RCF
    CVT 0.3435 0.5474 0.7050 0.1527 1.4282 0.3462 14.4333
    NSST 0.4405 0.5615 0.8100 0.2257 1.4231 0.4349 14.5350
    NSCT 0.4510 0.5498 0.8016 0.2179 1.3907 0.5112 13.9504
    WPT 0.3024 0.4560 0.6397 0.1078 1.1565 0.2576 14.0764
    SWT 0.4333 0.5473 0.7853 0.2178 1.3348 0.3855 13.5462
    LP 0.4472 0.5521 0.8035 0.2064 1.4680 0.4772 14.2224
    DTCWT 0.4113 0.5712 0.7847 0.2052 1.3244 0.3878 13.6647
    本文算法 0.4524 0.5737 0.8032 0.2259 1.4773 0.5220 14.4733
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    表  6  OTCBVS数据集各评价指标结果

    Table  6.   Results of each evaluation index in OTCBVS dataset

    融合算法 QAB/F Q0 Qw Qe MI VIFF RCF
    CVT 0.4381 0.4931 0.6658 0.2307 2.0139 0.2706 27.4243
    NSST 0.4762 0.4879 0.7230 0.2662 2.2226 0.3422 27.4073
    NSCT 0.4004 0.4571 0.6399 0.2390 2.2304 0.1942 18.5130
    WPT 0.2911 0.3960 0.5024 0.1518 1.8994 0.1319 18.8553
    SWT 0.3043 0.4578 0.5569 0.1988 2.1979 0.1876 19.4402
    LP 0.3689 0.4601 0.6235 0.2350 2.0329 0.2009 18.4434
    DTCWT 0.3362 0.4283 0.5968 0.2231 1.8850 0.1558 27.0096
    本文算法 0.4743 0.4893 0.7240 0.2730 2.2318 0.3494 27.5925
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-07
  • 录用日期:  2022-11-19
  • 网络出版日期:  2022-12-14
  • 整期出版日期:  2024-10-31

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