双边滤波将高斯滤波与邻域滤波结合,不仅考虑了中心像素点与其邻域像素点之间的几何距离,而且考虑了两者之间灰度值的相似程度,使得双边滤波在有效地平滑噪声的同时较好地保持图像边缘信息。因而它自提出以来一直是很多学者研究的重点,具有很高的研究价值与应用前景。在医学图像处理、视频编码、高动态范围图像色调映射、光流估计、图像超分辨率重建、图像融合等方面都有着广泛的应用研究。然而,当图像中的噪声强度较大时,双边滤波的去噪和保边性能还有待进一步提高,鉴于此,本文针对传统双边滤波存在的问题与不足,提出了梯度双边滤波,并通过实验和经验学习的方法完成了其滤波参数的通用配置。此外,针对Contourlet变换和非下采样Contourlet变换具有良好的捕捉图像边缘和纹理等细节信息的特性,结合双边滤波的保边性和平滑性,分别提出了基于Contourlet变换和非下采样Contourlet变换的双边滤波,实验结果验证了提出算法的去噪有效性。针对双边滤波在多源遥感图像融合中的应用研究。本文重点研究了双边滤波在红外图像与可见光图像融合、多光谱图像与全色图像融合中的应用。对于红外图像与可见光图像融合,针对传统低频系数融合规则没有考虑图像边缘特征,且没能提高融合图像的清晰度,本文通过计算两幅待融合图像的低频系数区域平均梯度,提出了一种基于区域平均梯度的自适应加权的低频系数融合规则,并通过实验验证了其融合有效性。此外,将提出的改进双边滤波方法用于此类图像融合中,并通过实验与其它几种常见的融合方法进行了比较与分析。对于多光谱图像与全色图像的融合,针对RGB系统不符合人对于颜色的感知,而最符合人感知颜色的系统是IHS系统,本文结合IHS变换提出了一种基于IHS与双边滤波的融合框架,经实验验证,提出的融合框架获得了较好的融合图像视觉效果。针对双边滤波在SAR图像相干斑抑制中的应用研究。鉴于双边滤波用于SAR图像相干斑抑制时,其去斑性能和运行速度有待提高,于是本文提出了基于模板双边滤波的SAR图像去斑方法,并通过实验实现了其最佳去斑参数的估计。此外,针对模板双边滤波在去斑时使用固定空域参数存在的问题与不足,本文对其进行进一步改进,根据SAR图像局部同质性强弱来自适应选择空域参数,于是提出了改进的模板双边滤波去斑方法。实验结果验证了提出方法的去斑有效性。