第3卷第4期 智能系统学报 Vol 3 Ng 4 2008年8月 CAA I Transactions on Intelligent Systems Aug 2008 多源监测信息融合仿生复眼型系统模式 及感知计算机理 徐立中2，石爱业2，黄凤辰2，马贞立 (1河海大学计算机及信息工程学院，江苏南京210098,2河海大学通信与信息系统工程研究所，江苏南京 210098) 摘要：借鉴昆虫复眼获取与处理信息的机理和过程来构造多源、多尺度监测信息融合仿生处理系统模式，在水资 源水环境的空中、地面多传感器时空定量监测应用中，多种卫星遥感传感器和地面监测传感器被设计“集成”在一个 虚拟的仿生复眼平台上，通过模仿蝇类昆虫视觉信息获取和生物神经网络感知与计算的机理，实现大场景(LF)、小 场景(S)的协同监测和专题信息融合与决策.提出了空中地面多传感器时空定量信息获取与处理的仿蝇复眼型信 息融合系统模式，设计了基于仿蝇复眼感知与计算机理的多源信息融合工程模型和算法，包括虚拟复眼设计，虚拟 复眼图像的预处理模型，LF系统和S系统的感知与计算机理以及复眼图像超分辨率重构算法.仿真实验中验证了 空中地面多源多尺度监测信息融合的仿生复眼型系统模式、LF和SF系统计算模型以及复眼图像超分辨率重构的 可行性与合理性」 关键词：信息融合；遥感图像处理；仿生复眼；水环境监测 中图分类号：X87文献标识码：A文章编号：16734785(2008)04032808 A perceptual and com putational mechan ism for bion ic com pound eye systems with multi-source nforma tion fusion XU Li-zhong,SHIAi-ye,HUANG Feng-chen',MA Zhen-li (1.College of Computer and Inmation Engineering.HohaiUniversity,Nanjing 210098,China,2 Institute ofCommunication and In- omation System Engineering.HohaiUniversity,Nanjing 210098,China) Abstract:The compound eyes of flying insects are highly efficient at processing received infomation The authors m itated this action when develop ing a bionic compound eye system to monitor water resources by fusing quantitative space-tme infomation obtained from many sensors in the air and on the ground This virtual bionic compound eye platfom integrated multiple satellite remote sensors and ground monitoring sensors By m itating the infomation ac- quisition mode of flies and the perceptual and computational mechaniss of their biobgical neural netorks,it is possible to perfom synergistic monitoring of large field (LF)and sall field (SF)data sufficient for thematic infor mation fusion and decision making The proposed mathematical model and algorithm were designed on the basis of perceptual and computationalmechaniss of bionic compound eyes Work covered in the paper includes design of virtual compound eyes,amathematical model for virtual compound eye mages,perception and computation mecha- nisn ofLF and SF systems,and super-resolution reconstruction of virtual compound eye mages The computation model of the LF and SF system and the super-resolution of virtual compound eye mages were smulated in a series of experments which proved that the p roposed model is effective Keywords:infomation fusion;processing of remotely sensed mages bionic compound eye;water envirommentmo- nibring 水资源水环境空中G遥感)、地面多传感器动态 这要求多个种、异质)传感器在不同的地理空间位 地、实时地监测，是以广域计算机通信网络、数据库 置和时间标度上对环境进行观测，将多传感器获得 为基础的多源、多尺度传感器数据及信息融合系统 的信息进行融合与集成，以实现对水环境状况实时、 动态、准确地反映」 收稿日期：2007-11-14 在这样的时空定量信息获取与处理过程中，涉 基金项目：国家自然科学基金资助项目(60774092)：高等学校博士学 科点专项科研基金资助项目(20070294027)：江苏省高技 及对不同类型遥感实测数据地面传感器遥测数据、 术研究重大项目(BG2006003). 通信作者：徐立中.Emailt bhxu@hhu edu cn 知识库以及历史数据库数据、地理和GPS位置信息 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 3卷第 4期 智 能 系 统 学 报 Vol. 3 №. 4 2008年 8月 CAA I Transactions on Intelligent System s Aug. 2008 多源监测信息融合仿生复眼型系统模式 及感知计算机理 徐立中 1, 2 ,石爱业 1, 2 ,黄凤辰 1, 2 ,马贞立 1 (1. 河海大学 计算机及信息工程学院 ,江苏 南京 210098; 2. 河海大学 通信与信息系统工程研究所 ,江苏 南京 210098) 摘 要 :借鉴昆虫复眼获取与处理信息的机理和过程来构造多源、多尺度监测信息融合仿生处理系统模式. 在水资 源水环境的空中、地面多传感器时空定量监测应用中 ,多种卫星遥感传感器和地面监测传感器被设计“集成 ”在一个 虚拟的仿生复眼平台上 ,通过模仿蝇类昆虫视觉信息获取和生物神经网络感知与计算的机理 ,实现大场景 (LF)、小 场景 ( SF)的协同监测和专题信息融合与决策. 提出了空中、地面多传感器时空定量信息获取与处理的仿蝇复眼型信 息融合系统模式 ,设计了基于仿蝇复眼感知与计算机理的多源信息融合工程模型和算法 ,包括虚拟复眼设计 ,虚拟 复眼图像的预处理模型 ,LF系统和 SF系统的感知与计算机理以及复眼图像超分辨率重构算法. 仿真实验中验证了 空中、地面多源多尺度监测信息融合的仿生复眼型系统模式、LF和 SF系统计算模型以及复眼图像超分辨率重构的 可行性与合理性. 关键词 :信息融合 ;遥感图像处理 ;仿生复眼 ;水环境监测 中图分类号 : X87 文献标识码 : A 文章编号 : 167324785 (2008) 0420328208 A perceptual and computational mechan ism for bion ic compound eye system s with multi2source information fusion XU L i2zhong 1, 2 , SH IA i2ye 1, 2 , HUANG Feng2chen 1, 2 ,MA Zhen2li 1 ( 1. College of Computer and Information Engineering, HohaiUniversity, Nanjing 210098, China; 2. Institute of Communication and In2 formation System Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China) Abstract: The compound eyes of flying insects are highly efficient at p rocessing received information. The authors im itated this action when develop ing a bionic compound eye system to monitorwater resources by fusing quantitative space2time information obtained from many sensors in the air and on the ground. This virtual bionic compound eye p latform integrated multip le satellite remote sensors and ground monitoring sensors. By im itating the information ac2 quisition mode of flies and the percep tual and computational mechanism s of their biological neural networks, it is possible to perform synergistic monitoring of large field (LF) and small field (SF) data sufficient for thematic infor2 mation fusion and decision making. The p roposed mathematical model and algorithm were designed on the basis of percep tual and computationalmechanism s of bionic compound eyes. Work covered in the paper includes: design of virtual compound eyes, a mathematicalmodel for virtual compound eye images, percep tion and computation mecha2 nism of LF and SF system s, and super2resolution reconstruction of virtual compound eye images. The computation model of the LF and SF system and the super2resolution of virtual compound eye images were simulated in a series of experiments which p roved that the p roposed model is effective. Keywords: information fusion; p rocessing of remotely sensed images; bionic compound eye; water environmentmo2 nitoring 收稿日期 : 2007211214. 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (60774092) ;高等学校博士学 科点专项科研基金资助项目 ( 20070294027) ;江苏省高技 术研究重大项目 (BG2006003). 通信作者 :徐立中. E2mail: lzhxu@hhu. edu. cn. 水资源水环境空中 (遥感 )、地面多传感器动态 地、实时地监测 ,是以广域计算机通信网络、数据库 为基础的多源、多尺度传感器数据及信息融合系统. 这要求多个 (种、异质 )传感器在不同的地理空间位 置和时间标度上对环境进行观测 ,将多传感器获得 的信息进行融合与集成 ,以实现对水环境状况实时、 动态、准确地反映. 在这样的时空定量信息获取与处理过程中 ,涉 及对不同类型遥感实测数据、地面传感器遥测数据、 知识库以及历史数据库数据、地理和 GPS位置信息