Gibbs artifact reduction for POCS super-resolution image reconstruction

The topic of super-resolution image reconstruction has recently received considerable attention among the research community. Super-resolution image reconstruction methods attempt to create a single high-resolution image from a number of low-resolution images (or a video sequence). The method of projections onto convex sets (POCS) for super-resolution image reconstruction attracts many researchers’ attention. In this paper, we propose an improvement to reduce the amount of Gibbs artifacts presenting on the edges of the high-resolution image reconstructed by the POCS method. The proposed method weights the blur PSF centered at an edge pixel with an exponential function, and consequently decreases the coefficients of the PSF in the direction orthogonal to the edge. Experiment results show that the modification reduces effectively the visibility of Gibbs artifacts on edges and improves obviously the quality of the reconstructed high-resolution image.     

一种改善超分辨率图像重建中边缘质量的方法

超分辨率图像重建技术指通过融合多幅变形、模糊、有噪、频谱混叠的低分辨率降质图像来重建一幅高质量高分辨率图像. 凸集投影 (POCS) 算法是一种广泛使用的超分辨率图像重建方法. 本文提出了一种适用于 POCS 算法的改善高分辨率重建图像边缘质量的方法. 该方法将中心在边缘像素的点扩散函数 (PSF) 与一个指数型权值函数相乘, 使得修改的 PSF 系数沿着边缘正交的方向减小. 实验结果表明, 这样的修改有效地保持了边缘的特性, 明显地提高了重建图像的质量     

基于改进POCS算法的图像重建

利用传统凸集投影(POCS)算法进行图像超分辨率重建时,重建图像的边缘会产生振荡效应。针对该问题,提出一种改进的POCS算法。分析边缘振荡效应产生的原因,根据图像边缘两侧像素差值较大的特点,加权约束中心在边缘像素的点扩散函数,以减少边缘另一侧像素对当前像素的影响。实验结果表明,该算法能消除边缘振荡效应,提高重建图像的峰值信噪比。     

稀疏系数独立可调的单图超分辨率重建

针对基于学习的超分辨率重建图像边缘锐度较好但伪影较明显的问题,提出一种改进的稀疏系数独立可调的超分算法以消除伪影。由于字典训练阶段高分辨率图像和低分辨率图像均已知,认为高维图像空间和低维图像空间对应的稀疏系数不同,故此阶段运用在线字典学习方法分开训练生成较精确的高分字典和低分字典;而在图像重建阶段低分图像已知而高分图像未知,认为两空间的稀疏系数是近似相同的。通过在这两个阶段设置不同的正则化参数,可独立地调整相应的稀疏系数以获得最好的超分效果。实验结果表明,目标高分图像峰值信噪比(PSNR)相比稀疏编码超分方法平均提高了0.45 dB,同时结构相似性(SSIM)指标增加了0.011。超分图像有效地抑制了伪影,并能够较好地恢复图像边缘锐度和纹理细节,提升了超分效果。     

A Hybrid Regularization-Based Multi-Frame Super-Resolution Using Bayesian Framework

The prime purpose for the image reconstruction of a multi-frame super-resolution is to reconstruct a higher-resolution image through incorporating the knowledge obtained from a series of relevant low-resolution images, which is useful in numerous fields. Nevertheless, super-resolution image reconstruction methods are usually damaged by undesirable restorative artifacts, which include blurring distortion, noises, and stair-casing effects. Consequently, it is always challenging to achieve balancing between image smoothness and preservation of the edges inside the image. In this research work, we seek to increase the effectiveness of multi-frame super-resolution image reconstruction by increasing the visual information and improving the automated machine perception, which improves human analysis and interpretation processes. Accordingly, we propose a new approach to the image reconstruction of multi-frame super-resolution, so that it is created through the use of the regularization framework. In the proposed approach, the bilateral edge preserving and bilateral total variation regularizations are employed to approximate a high-resolution image generated from a sequence of corresponding images with low-resolution to protect significant features of an image, including sharp image edges and texture details while preventing artifacts. The experimental results of the synthesized image demonstrate that the new proposed approach has improved efficacy both visually and numerically more than other approaches.     

基于双正则化的图像超分辨率盲重建

图像超分辨率重建是利用数字信号处理技术由一系列低分辨率观测图像得到高分辨率图像。大多数重建算法假设成像系统的模糊特性也即点扩散函数(PSF)已知,然而实际的应用环境下PSF事先不知道或部分知道。为此,将未知PSF模型化,提出基于双正则化的图像超分辨率盲重建算法,并且正则化作用的强度随重建图像局部光滑程度的变化而自适应地改变,以便能保护图像细节同时抑制平滑区域的噪声。求解过程中采用交替最小化方法估计PSF参数和高分辨率图像,并随着迭代次数的增加逐步提高每次寻优的精度以节省计算开销。实验结果表明,该算法能够比较准确地估计出PSF参数并取得较好的图像重建效果。     

基于双分支融合的反馈迭代金字塔去模糊和超分辨率算法

针对低分辨率模糊图像实施超分辨率重建后出现大量伪影和边缘纹理不清晰问题,提出了一种双分支融合的反馈迭代金字塔算法.首先采用不同的分支模块分别提取低分辨率模糊图像中潜在的去模糊特征和超分辨率特征信息;然后采用自适应融合机制将两种不同性质的特征进行信息匹配,使网络在去模糊和超分辨率重建模块中更加关注模糊区域;其次使用迭代金字塔重建模块将低分辨率模糊图像渐进重建为逼近真实分布的超分辨率清晰图像;最后重建图像通过分支反馈模块生成清晰低分辨率图像,构建反馈监督.在GOPRO数据集中与现有算法的对比实验结果表明,所提算法能够生成纹理细节更加清晰的超分辨率图像.     

基于POCS框架的时空联合自适应视频超分辨率重建算法*

针对传统POCS( projection onto convex sets)算法的局限性,提出了一种基于POCS框架的时空联合自适应视频超分辨率重建算法.通过引入时空联合自适应机制,算法有效地减缓了错误运动估计信息对重建图像质量的影响,克服了传统POCS算法对目标运动剧烈的视频序列重建时存在的噪声放大效应.实验结果表明...     

基于边缘检测的超分辨率重构方法

采用凸集投影法重构的高分辨率图像中常出现边缘质量下降的现象。针对该问题,提出一种超分辨率重构方法,引入傅里叶变换配准方法解决图像获取过程中的位移偏差,通过Laplace算子进行边缘检测以消除边缘震荡。实验结果证明,采用基于边缘检测的超分辨率重构方法能获取质量较高的图像。     

基于深度残差反投影注意力网络的图像超分辨率

针对多数单帧图像超分辨率(single image super-resolution,SISR)重建方法存在的特征信息发掘不充分、特征图各通道之间的相互依赖关系难以确定以及重建高分辨率(high resolution,HR)图像时存在重构误差等问题,提出了基于深度残差反投影注意力网络的图像超分辨率(SR)算法。即利用残差学习的思想缓解训练难度和充分发掘图像的特征信息,并使用反投影学习机制学习高低分辨图像之间的相互依赖关系,此外引入了注意力机制动态分配各特征图以不同的注意力资源从而发掘更多的高频信息和学习特征图各通道之间的依赖关系。实验结果表明了所提方法相比于多数单帧图像超分辨率方法,不仅在客观指标方面得到了显著的提升,而且重建的预测图像也具有更加丰富的纹理信息。     

基于POCS和范例学习的序列图像超分辨率重建

实现序列图像的超分辨率重建,需要利用同一场景的多幅低分辨率图像之间的相对运动信息．并将它们融合到单幅高分辨率图像中,以有效的去除低分辨率图像中的模糊和噪声。本文提出首先分析序列图像结构、纹理等多维特征的不同特性和作用,利用分解得到的多维特征分别采用凸集投影（POCS）、范例学习等具有针对性的重建方法进行图像放大,在有效-融合多维特征重建图像的基础上,实现序列图像的多维特征超分辨率重建。     

一种基于凸集投影(POCS)的数字图像超分辨率重建算法

该文研究了一种基于凸集投影(POCS)算法的超分辨率图像重建方法,分析了POCS方法恢复图像的理论算法,通过仿真对比了其与双线性插值方法恢复超分辨率图像的差异,仿真结果表明,该方法明显地提高了超分辨率图像的恢复质量。     

基于小波分析和多项式细分定位的超分辨率图像重建算法

图像超分辨率重建是图像增强和图像复原研究中的一项重要课题,广泛应用于高清晰电视、医学成像和遥感成像等领域。在小波分析边缘检测的基础上,通过多项式细分算法定位亚像素边缘,将图像分为平滑区域、边缘区域和微细边缘区域。根据不同的区域特性,采用不同的插值方式进行超分辨率图像重建。仿真结果显示所提算法重建的高分辨率图像边界部分清晰自然,其主观判断和客观评价结果明显好于传统重建算法,从而验证了本算法的可行性和有效性。     

基于邻域回归的医学图像超分辨率重建

为了提高医学图像的分辨率,提出一种基于内部样例的邻域回归的超分辨率方法。首先,把输入的低分辨率图像当做高分辨率图像去构造基于自身实例的内部图像训练集,不再依赖外部训练集;然后,把高分辨率重建分成高频重建和低频重建,用邻域回归方法重建图像高频细节部分,用双三次插值方法重建低频部分;最后,用迭代组合的方法联合高频分量和低频分量来获得最终输出的高分辨率图像。实验结果表明,该方法性能优于传统的超分辨率重建算法,重建出的医学图像视觉效果更真实。     

多方向模板变分模型的单幅图像超分辨率重建

目的 为了增强图像超分辨率重建的准确性,克服传统插值所产生的边缘模糊与边缘锯齿等负面效果,提出一种基于多方向模板变分模型的单幅图像超分辨率重建方法。方法 首先构建体现28个方向的多方向模板对输入图像的轮廓方向进行计算,同时通过将TV模型引入到图像轮廓的估计中来确定边缘轮廓的最优方向;在此基础上通过进行基于所提出的多方向模板的图像插值来实现图像的超分辨率重建。结果 对比基于活动轮廓的图像边缘插值方法重建的经典高分辨率测试图像,本文方法在平均峰值信噪比和平均结构相似度方面分别提高了1.578 dB和 0.030 02 dB。结论 本文方法可以有效地克服传统插值方法所产生的边缘模糊和边缘锯齿化等负面效果,也避免了较少方向模板所带来的边缘和纹理丰富区域的纹理失真现象,可以取得较好的重建效果。     

无人机侦察视频超分辨率重建方法

目的 无人机摄像资料的分辨率直接影响目标识别与信息获取,所以摄像分辨率的提高具有重大意义。为了改善无人机侦察视频质量,针对目前无人机摄像、照相数据的特点,提出一种无人机侦察视频超分辨率重建方法。方法 首先提出基于AGAST-Difference与Fast Retina Keypoint (FREAK)的特征匹配算法对视频目标帧与相邻帧之间配准,然后提出匹配区域搜索方法找到目标帧与航片的对应关系,利用航片对视频帧进行高频补偿,最后采用凸集投影方法对补偿后视频帧进行迭代优化。结果 基于AGAST-Difference与FREAK的特征匹配算法在尺度、旋转、视点等变化及运行速度上存在很大优势,匹配区域搜索方法使无人机视频的高频补偿连续性更好,凸集投影迭代优化提高了重建的边缘保持能力,与一种简单有效的视频序列超分辨率复原算法相比,本文算法重建质量提高约4 dB,运行速度提高约5倍。结论 提出了一种针对无人机的视频超分辨率重建方法,分析了无人机视频超分辨率问题的核心所在,并且提出基于AGAST-Difference与FREAK的特征匹配算法与匹配区域搜索方法来解决图像配准与高频补偿问题。实验结果表明,本文算法强化了重建图像的一致性与保真度,特别是对图像边缘细节部分等效果极为明显,且处理速度更快。     

基于加权POCS的图像超分辨率重建

对凸集投影(POCS)图像超分辨率重建算法中的残差修复阈值选取问题进行分析,提出一种基于图像超分辨率重建的改进算法。改变传统POCS算法中固定残差修复阈值模式,通过引入低分辨率图像清晰度这一先验信息,用表征图像相对清晰度的参数控制阈值,从而实现整个重建过程阈值动态选取。实验结果证明,该算法能提高残差计算和阈值选取的针对性,对提升重建图像的清晰度及信噪比具有较好的效果。     

基于MAP框架的时空联合自适应视频序列超分辨率重建

超分辨率重建在视频监控、高清晰度电视、遥感图像、医学图像处理等领域具有广阔的应用前景. 最大后验估计(maximum a posteriori, MAP)法是普遍采用的一种超分辨率重建方法. 针对传统MAP法存在的局限性, 本文提出了一种基于MAP框架的时空联合自适应视频序列超分辨率重建算法. 时空联合自适应机制的引入使得算法在保持边缘的同时可减小错误运动估计矢量对重建图像质量的影响. 实验结果表明, 算法具有重建质量好、边缘保持能力强、收敛速度快等特点.     

基于凸集投影（POCS）的车牌图像超分辨率重建研究

针对车牌识别中所拍摄的图像序列存在分辨率较低的问题,提出了利用图像间的互补信息来重建一幅高分辨率图像的方法,以便于车牌图像的识别。通过迭代求解法和高斯金字塔模型,快速精确地估计得到配准参数,采用凸集投影（POCS）算法对图像序列进行了超分辨率重建。实验表明算法具有亚像素级的配准精度和较强的稳健性,重建图像取得了良好的视觉效果。     

基于SIFT的POCS图像超分辨率重建

针对传统的POCS图像超分辨率重建算法中广泛使用的基于改进的Keren配准算法,对于序列帧间存在剪切和非均匀尺度变换现象时,很难做到精确的亚像素级配准,文中讨论了一种基于SIFT算法的POCS序列图像超分辨率重建算法。首先利用SIFT算法提取序列帧与参考帧间的SIFT关键点对,随后选取匹配关键点对,通过RANSAC去除误配点的同时估算出六参数仿射变换参数,最后使用POCS重建算法得到最终的重建结果。实验结果表明：该方法能有效地解决因运动估计不准而引起的重建图像效果不好的问题,特别是在序列帧间存在剪切和非均匀尺度变换现象时,重建效果明显好于传统的POCS算法,具有更强适应性。