影像擬態融合是一種新的智能仿生資訊處理的理論和方法，其不企圖給出適用所有影像融合的方法，也不排除已有融合演算法的優勢效能，更不拒絕在融合中引入其他新的理論和方法提升融合自適應程度，而是模仿擬態章魚的多擬態特性，借助「差異決定結構、結構決定效果」的思想，根據不同影像成像特性和場景變化提取差異特征，形成對融合可變驅動，使融合模型的結構和演算法根據影像間差異的變化而動態最佳化，達到融合效果的整體更優。
多傳感器影像融合的關鍵是在綜合增強共有特征的基礎上，實作不同影像差異特征的有效融合。當前，大多數影像融合方法是依據影像差異特征的先驗知識事先確定融合演算法的。在真實套用當中，由於場景的動態變化，不同傳感器影像間的差異特征難以提前有效確定，必須依靠適時的成像條件和探測系統及時獲取；且影像差異特征的類別、振幅、頻次等是隨機變化的，尤其是影片影像的幀間變化更為多樣。因此，事先選擇的「固定」融合模型和演算法很難滿足「動態」變化的差異特征融合需求，這種「先驗假設」的融合方法不可避免地成為制約兩類影像融合效果提升的瓶頸。
上述瓶頸產生的原因表面看是由於融合模型不隨影像差異特征變化而調整，本質上是融合模型對影像差異特征變化敏感性低、融合模型的靜態結構不具備動態調整能力。
▲ 擬態章魚的多擬態特性分析
擬態章魚感知外界威脅變化的能力和做出相應變化的身體結構為融合模型根據差異特征不同變化而改變的需求提供了仿生依據
研究發現，擬態章魚是生物界的「變形金剛」，在淺海難以藏身的環境中面對各種大型生物威脅，可模仿十幾種海洋生物而躲避危險，具有超強的多擬態能力。其得益於自身的兩大功能：能夠敏銳感知到外界不同威脅物件，能夠透過顏色、形狀和動作等變化模仿威脅生物不感興趣的各種生物及行為。這與突破上述瓶頸問題的需求是一致的，由此，我們提出了一種新的仿生融合方法——影像擬態融合。
研究擬態融合的目的就是針對現有影像融合模型缺乏感知影像間差異資訊能力、不能根據影像差異調整融合策略等缺陷，透過模仿擬態章魚的多擬態特性，研究影像擬態仿生融合基本原理(包括剖析擬態章魚感知機理、探究擬態章魚的顏色形狀行為的變換特點、揭示擬態變換規律等)，探索擬態仿生融合模型構建方法(包括感知/認知影像差異特征的方法、構建結構化融合演算法類集、能夠衍生多種形態模型等)，為高效能多源成像探測技術及影像融合探索新理論、新方法。
← 左右滑動檢視詳細資訊→
【影像擬態融合理論、模型和套用】（楊風暴，吉琳娜著．北京：科學出版社，2024. 5）一書匯集了作者十幾年來在影像擬態仿生融合方面的艱辛探索的研究成果，盡管有些內容還有進一步完善的地方，但作為一種新的影像融合的理論和方法，本書試圖建立其系統的理論、模型及套用的體系，達到拋磚引玉的效果。全書主要內容包括理論研究、模型構建和套用探索三方面，其中，理論研究有擬態融合基本概念、擬態融合理論框架、擬態章魚的感知與擬態機理、差異特征驅動機制、擬態變換原理等，模型構建包括擬態融合模型結構、影像間差異特征類集構建、結構化融合演算法類集構建、類集間的多集值對映、融合演算法的協同嵌接機理等，套用探索包括紅外光強與偏振影像的擬態融合、紅外與可見光影片的擬態融合等。
▲ 模型總體流程圖
基於差異特征關聯落影的擬態融合模型的具體流程圖見圖，主要包括幀內差異特征及其內容的表征、差異特征關聯矩陣的建立、差異特征分布的關聯合成和擬態變元的選擇與組合四大部份。
中國資訊融合領域的領頭人、中國工程院何友院士在本書的編寫中給予的極大的支持和幫助；澳洲伍倫貢大學習江濤教授，英國雷丁大學衛紅博士，太原科技大學王誌社教授，中北大學藺素珍教授、王肖霞副教授和李菠博士審閱了部份書稿，在此表示衷心的感謝。本書的研究得到了國家自然科學基金專案(批準號：61171057、61672472 和61972363)的資助。
作為一個新理論，擬態仿生融合還未形成理論體系，【影像擬態融合理論、模型和套用】從理論研究、模型構建和套用探索三方面進行相應的開創性探索，具有重要的理論意義和套用價值。
楊風暴教授及其帶領的團隊長期從事智能資訊處理領域的研究，尤其近年來在擬態仿生融合理論研究方面取得了不少的重要研究進展和成果，得到了同行專家的肯定和關註。在與楊教授多年交往中，感受到他治學嚴謹、勤奮刻苦、為人謙遜。該書撰寫中他們幾易其稿、反復斟酌，為保證書稿質素奠定了良好基礎。我相信該書的出版將對擬態仿生融合理論的研究發揮促進作用。
張錫祥
中國工程院院士
本文摘編自【影像擬態融合理論、模型和套用】（楊風暴，吉琳娜著．北京：科學出版社，2024. 5）一書「前言」，有刪減修改，標題為編者所加。
ISBN 978-7-03-077185-8
責任編輯：胡慶家 賈曉瑞
本書是在作者及其課題組多年來研究成果的基礎上撰寫而成的，是國內首本擬態仿生融合理論研究的專著。全書主要內容包括理論研究、模型構建和套用探索三個方面，其中理論研究有擬態融合基本概念、擬態融合理論框架、擬態章魚的感知與擬態機理、差異特征驅動機制、擬態變換原理等，模型構建包括擬態融合模型結構、影像間差異特征類集構建、結構化融合演算法類集構建、類集間的多集值對映、融合演算法的協同嵌接機理等，套用探索包括紅外光強與偏振影像的擬態融合、紅外與可見光影片的擬態融合等。
本書可供從事多源資訊融合、不確定性資訊處理、人工智能、風險評估與預測、故障診斷等方面研究的科研人員使用，也可作為高等學院和科研院所資訊與通訊工程、智能科學與工程、光學工程、電腦技術、控制工程、環境與安全工程、資訊計算、套用數學等相關專業的高年級本科生和研究生的參考用書。
一起閱讀科學!
專業品質 學術價值
原創好讀 科學品位
科學出版社影片號
硬核有料 視聽科學
