传输方程下基于模型的光学层析图像重建

为克服光学层析图像重建的病态性,采用一种基于模型的重建方法来进行图像重建。由于广义高斯马尔可夫随机场模型具有全局平滑、边缘保留等特性,因此将其引入到服从辐射传输方程的光学层析图像重建中,并将其作为图像先验信息,同时通过最大后验概率理论,利用基于梯度的迭代优化算法来对目标函数进行优化求解。鉴于目标函数关于光学参数的梯度计算是算法中的难点,对此,提出了一种基于梯度树的梯度计算方法。实验证明:该方法与不带有先验模型的重建方法相比,不仅可进一步提高图像的重建质量,而且可降低重建病态性。     

基于HMRF先验模型的超分辨率重建

针对基于最大后验概率(MAP)的超分辨率重建算法在重建图像过程中存在的问题,提出一种基于Huber-马尔可夫随机场(HMRF)先验模型的超分辨率重建方法,采用HMRF作为图像先验模型,对图像进行分段超分辨率重建。仿真实验结果表明,与传统的MAP算法相比,该方法能更好地保存重建图像的边缘细节,有效提高重建图像的质量。     

基于自适应块组割先验的噪声图像超分辨率重建

要增强噪声图像的分辨率,传统的串联方式依次进行去噪与超分辨率重建两个步骤,但去噪算法去除噪声的同时也损失了部分细节信息,影响了后续超分辨率重建的质量.为了使低分辨率噪声图像中所有细节信息都能参与超分辨率重建,本文以非局部中心化稀疏表示（Nonlocally centralized sparse representation,NCSR）模型为基础,提出了基于自适应块组割（Patch-group-cuts,PGCuts）先验的噪声图像超分辨率重建方法,同时实现去噪和超分辨率重建功能.块组割先验基于新颖的三维邻域系统和块组模型,能够达到图像去噪、边缘平滑和边缘清晰等效果.重建时以边缘强度为参考对块组割先验进行自适应约束,由于块组割在平滑区域约束力较低,采用分区域融合的方式进一步抑制噪声.本文对合成的低分辨率噪声图像和真实的低分辨率噪声图像进行了重建实验,实验表明,基于自适应块组割先验的噪声图像超分辨率重建算法,在丰富细节的同时能抑制噪声的干扰,不但具有较高的峰值信噪比和结构相似度等客观评价值,而且在非光滑区域具有很好的主观重建效果.     

优化加权TV的复合正则化压缩感知图像重建

目的：压缩感知理论突破了传统的Shanon-Nyquist采样定理的限制,能够以较少的采样值来进行原信号的恢复。针对压缩感知图像重建问题,本文提出了一种基于优化加权全变差（Total Variation, TV）的复合正则化压缩感知图像重建模型。方法：提出的重建模型是以TV正则化模型为基础的。首先,为克服传统TV正则化会导致重建图像的边缘和纹理细节部分模糊或丢失的缺点,本文引入图像的梯度信息估计权重,构建加权TV的重建模型。其次,利用全变差去噪（Rudin–Osher–Fatemi,ROF）模型对权重进行优化估计,从而减少计算权重时受噪声的影响。再次,本文将非局部结构相似性先验和局部自回归性先验引入提出的加权TV模型,得到优化加权TV的复合正则化重建模型。最后,结合投影法和算子分裂法对优化模型求解。结果：针对自然图像的不同特性,本文使用复合正则化先验进行建模,实验表明上述重建问题通过我们的方法得到了很好的解决,加权TV正则化先验使得图像的平坦区域和强边重建较好,而非局部结构相似性先验和局部自回归性先验能够保证图像的精细结构部分的重建效果。结论：本文提出了一种新的复合正则化压缩感知重建模型。与其它基于TV正则化的重建模型相比,实验结果表明本文模型的重建性能无论是在视觉效果还是在客观评价指标上都有明显的提高。     

基于结构张量的视频超分辨率算法

针对传统正则化超分辨率（SR）重建模型中,正则化参数选择过大会使重建结果模糊,导致边缘和纹理等细节丢失,选择过小模型去噪能力又不足的问题,提出一种基于结构张量的双正则化参数的视频超分辨率重建算法。首先,利用局部结构张量对图像进行平滑区域和边缘的检测;然后,利用差异曲率对全变分（TV）进行先验信息加权;最后,对平滑区域和边缘采用不同的正则化参数进行超分辨率重建。实验数据显示提出的算法将峰值信噪比（PSNR）提高了0.033～0.11 dB,具有较好的重建效果。实验结果表明：该算法能够有效地提升低分辨率（LR）视频帧重建效果,可应用于低分辨率视频增强、车牌识别和视频监控中感兴趣目标增强等方面。     

基于自适应约束正则HL-MRF先验模型的MAP超分辨率重建

针对Huber-MRF先验模型对图像高频噪声抑制能力较差,而Gauss-MRF先验模型对图像高频过度惩罚的问题,提出了一种改进的自适应约束正则HL-MRF先验模型。该模型将Huber边缘惩罚低频函数与Lorentzian边缘惩罚高频函数相结合,对低频进行线性约束的同时对高频实现平滑惩罚;并采用自适应约束方法确定正则化参数,从而得到最优的参数解。与基于Gauss-MRF先验模型和Huber-MRF先验模型的超分辨率算法相比,HL-MRF先验模型获得的超分辨率重建图像在峰值信噪比(PSNR)和细节方面都有一定程度的提高,在抑制高频噪声、避免图像细节被过度平滑方面具有一定的优势。     

基于小波域HMT模型的序列图像超分辨率重建*

鉴于基于小波域隐马尔可夫树的噪声抑制性和较好的边缘保持性,提出一种基于小波域隐马尔可夫树的序列图像的超分辨率重建算法。针对小波系数进行统计建模,讨论了不同尺度小波系数之间的隐马尔可夫树结构,利用了序列图像的运动信息,运用极大后验概率估计和贝叶斯原理,将小波域HMT作为图像先验知识并给出了超分辨率重建算法,最终通过EM算法和共轭梯度算法的交替迭代进行优化计算。实验结果表明方法的重建效果得到了明显的改进。     

各向异性加权先验模型MAP投影域降噪

低剂量计算机断层扫描技术（Low-Dose Computed Tomography,LDCT）降低了X射线对人体的辐射,但射线剂量降低造成重建图像中存在严重的伪影和噪声,对临床医学诊断有很大干扰。针对此问题,提出一种改进的各向异性加权先验模型的最大后验（Maximum A Posteriori,MAP）投影域降噪算法。该算法考虑到直觉模糊熵能够有效区分平滑区域和边缘细节区域,将其与传统的各向异性扩散系数相结合,构造了一种新的扩散系数,并采用局部方差实现其自适应调节;最后将该扩散系数融合于基于Huber先验的MAP优化估计算法框架中,实现对投影数据不同区域进行不同强度的降噪处理。该算法分别采用数字骨盆模型、Shepp-Logan头模型和数字胸腔模型三种体模进行验证,并与滤波反投影重建算法（Filter Back Projection,FBP）、惩罚重加权最小二乘法（Penalized Reweighted Least-Squares,PRWLS）、各向异性加权先验正弦图平滑算法进行对比。实验结果表明,利用所提算法重建出的图像中伪影明显减少,同时较好地保持了图像的边缘和细节信息。三种体模的信噪比分别为20.502 0 dB、23.294 8 dB、21.018 4 dB,所需时间分别为49.50 s、49.60 s、8.59 s。     

一种新的基于大尺寸信息的MRF先验模型

基于马尔可夫随机场理论,Bayesian重建被认为是一种解决图像复原和重建中的病态问题的有效方法。通常,大部分先验模型中的信息都来自小邻域内像素灰度值的简单加权,因此仅能提供给正则化有限的信息。在研究大尺寸信息的过程中,本文提出一种新的非局部先验。在发射断层成像的相关实验表明,该MRF非邻域先验能比传统先验提供更为有效的正则化处理。     

自适应加权全变分的低剂量CT统计迭代算法

针对低剂量计算机断层扫描（LDCT）重建图像时出现条形伪影和脉冲噪声的现象,提出一种自适应加权全变分的LDCT统计迭代重建算法。该算法克服了传统全变分（TV）算法在去除条形伪影的同时引入阶梯效应的缺点,把基于加权方差的加权因子与TV模型相结合提出自适应加权全变分模型,然后再把新模型应用到惩罚加权最小二乘（PWLS）重建算法中,这样就可以对图像的不同区域进行不同强度的去噪,从而取得噪声抑制和边缘保持的良好效果。采用Shepp-Logan模型和数字骨盆体模来验证算法的有效性,实验结果表明,所提算法的归一化均方距离和归一化平均绝对距离均比滤波反投影（FBP）、PWLS、惩罚加权最小二乘的中值先验（PWLS-MP）以及惩罚加权最小二乘的全变分（PWLS-TV）算法的值小,且可分别获得40.91 dB和42.25 dB的峰值信噪比。实验结果表明,该算法重建出的图像在有效去除条形伪影的同时对图像的边缘和细节起到很好的保护作用。     

基于数学形态学的自适应边缘检测新算法

考虑到在形态学中,不同形状的结构元素和不同尺度的元素在去噪声和保持图像细节方面的作用是不同的,提出了一种基于多结构多尺度自适应形态边缘检测算法。对一般边缘检测算子做了改进,增加了边缘细节信息。通过计算检测后的边缘信息熵,自适应确定权值系数。将多结构元素检测的边缘和多尺度元素检测的边缘做融合处理,得到最终的图像边缘。实验结果表明,与几种经典边缘检测算法相比,所提出的算法能有效地抑制图像的多种噪声对边缘检测的影响,较好地保持图像边缘细节,自适应提取完整连续边缘。     

基于边缘先验模型的运动去模糊

从单幅运动模糊图像复原出清晰的图像,一直是数字图像处理领域中富有挑战的问题.基于边缘先验模型和小波分析提出了一种运动模糊退化图像的复原算法.在去模糊之前,对图像进行预处理,将噪声去除,用冲击滤波器增强边缘,并采用canny边缘检测获取清晰边缘作为先验模型,以此估计模糊核;然后在紧小波框架系统下,将清晰图像的稀疏性最大化,采用改进的分裂Bregman方法求解最优化问题,最终得到清晰的图像.实验结果表明,相对于传统的盲复原算法,提出的方法可以有效地去除运动模糊.     

数学形态学在数字图像处理中的应用研究

传统边缘检测算法由于对噪声敏感,难以准确提取图像边缘,导致图像处理效果不佳.基于传统数学形态学算法中结构算子的方向性和尺寸几何的基础上进行算法改进.针对抗噪型碰撞腐蚀形态学边缘检测算子结构元素特征,采用不同大小结构元素组合来提取边缘特征,有效保证了图像细节的同时去掉较大噪声点.根据结构元素的方向性,利用同向结构元素图像的匹配来检测各边缘信息,确保不同向边缘信息的完整度.通过比较文本改进算法与传统的边缘检测算法对图像边缘检测效果表明:本文提出的改进算子在处理较大图像边缘检测时具有更快的检测速度,且图像边缘光滑,细节清晰,具备了更强的抗噪性能.     

基于变差函数和方向小波的噪声图像边缘检测方法

为了检测受噪声污染图像的边缘,提出了一种基于变差函数和方向小波的多尺度边缘检测新方法.首先,在我们前期研究成果的基础上,基于变差函数理论,提出了图像中45度和135度方向边缘的判别准则.然后根据图像中边缘的方向性,选择合适的方向小波旋转参数,再利用方向小波对各个子区域进行不同尺度小波变换.仿真实验表明,对于受高斯白噪声污染的图像,所提出的边缘检测方法无论在边缘定位的准确性还是在去除伪边缘点方面,均优于传统的小波边缘检测方法.     

基于几何结构的自适应空域错误隐藏算法

针对视频传输时容易发生损坏或丢失数据的问题,提出一种基于几何结构的自适应空域错误隐藏算法,以提高恢复图像质量。利用受损宏块的相邻2层像素提取几何结构,依据受损块相邻像素区分平滑块和边缘块。对平滑块采用双线插值,对边缘块根据内外两层的转折点寻找边缘方向,从而划分区域插值运算。实验结果表明,对于不同宏块丢失率和不同的视频序列,该算法所恢复的视频序列的峰值信噪比比双线插值、方向插值算法提高了0.5 dB~3 dB,不仅避免了虚假边缘,而且也提高了方向插值的准确性,改善了恢复图像的主观效果。     

A novel image edge detection algorithm based on neutrosophic set

Neutrosophic set (NS) theory is a formal framework to study the origin, nature, and scope of the neutral state. In this paper, neutrosophic set is applied in image domain and a new directional α-mean operation is defined. Based on this operation, neutrosophic set is applied into image edge detection procedure. First, the image is transformed into NS domain, which is described by three membership sets: T, I and F. Then, a directional α-mean operation is employed to reduce the indeterminacy of the image. Finally, a neutrosophic edge detection algorithm (NSED) is proposed based on the neutrosophic set and its operation to detect edge. Experiments have been conducted using numerous artificial and real images. The results demonstrate the NSED can detect the edges effectively and accurately. Particularly, it can remove the noise effect and detect the edges on both the noise-free images and the images with different levels of noises.     

自适应全变分图像去噪模型及其快速求解*

在联合冲击滤波器和非线性各向异性扩散滤波器对含噪图像做预处理的基础上,利用边缘检测算子选取自适应参数,构建能同时兼顾图像平滑去噪与边缘保留的自适应全变分模型,并基于Bregman迭代正则化方法设计了其快速迭代求解算法.实验结果表明,自适应去噪模型及其求解算法在快速去除噪声的同时保留了图像的边缘轮廓和纹理等细节信息,得到的复原图像在客观评价标准和主观视觉效果方面均有所提高.     

基于滤波器的局部自适应全变分图像去噪模型

综合利用冲击滤波器和非线性各向异性扩散滤波器对含噪图像做预处理,然后基于边缘检测函数建立反映图像局部特征的自适应权函数,构建能同时兼顾图像平滑去噪与边缘保留的局部自适应性的全变分模型,并建议用本原对偶算法快速求解。实验结果表明,同传统的全变分图像去噪模型相比,该局部自适应全变分模型在消除噪声的同时能很好地保持图像的边缘轮廓和纹理等细节特征,得到的复原图像在客观评价标准和主观视觉效果方面均有所提高。     

采用3D Gaussian Facet模型的亚体素表面检测

提出一种基于Gaussian facet模型的3D边缘检测算法.首先利用Gaussian加权最小二乘拟合,引入空间权因子表达图像采样点对模型参数估计的相对重要度,扩展了经典Haralick facet模型,建立了3D Gaussian facet模型及其计算公式;然后采用抗噪性好的3D IDDG算子估计梯度方向,并在该梯度方向上计算二阶方向导数过零点,以获得表面点亚体素位置.实验结果表明,该算法能有效地降低邻近边缘干涉对检测结果的影响,可更好地提取尺寸较小的结构边缘.     

基于变分的保持特征的有噪图像放大算法

针对图像放大后出现边缘模糊的现象,该文考察了典型边缘的特征,利用整体变分思想,提出了一种基于变分模型的有噪图像放大算法。利用导出的偏微分方程和图像边缘的局部梯度信息,该文算法实施一种自适应非线性滤波处理,能够较好地保持图像边缘锐度,同时有效地去除图像噪声。为了保持图像的特征和细节,文章利用图像的方向导数局部地调整正则系数.理论分析和实验结果皆表明此文算法的有效性。