光滑拟合模型的IIPBDR图像修复算法

目的 原始的破损区域分块划分的图像修复(IIPBDR)算法在修复连接两断裂边界线时,采用的是直线路径,这使得IIPBDR算法不适合修复含有较大曲率边界线的破损图像。针对IIPBDR算法所存在的问题,本研究希望找到一种方法能够求得任意两匹配好断裂边界线之间的光滑曲线路径,并用此曲线路径来代替IIPBDR算法中的直线路径,以对IIPBDR算法进行改进。方法 1) 通过模仿人类的视觉连通性原理提出了光滑拟合模型;2) 采用最小二乘法求取光滑拟合模型的各个参数,进而求得两断裂边界线之间的光滑曲线路径;3) 用该光滑曲线路径来代替IIPBDR算法中的直线路径以修复连接两断裂边界线。结果 基于以上研究,文中提出了“光滑拟合模型的IIPBDR图像修复算法”,并对破损区域较大、结构信息较复杂的破损图像进行了修复实验。和BSCB(Bertalmio, Sapiro, Caselles, Ballester)、Criminisi、IIPBDR算法相比,本文算法所修复图像的PSNR值平均提高2.40 dB,且具有较好的视觉连通性效果、其边界线过渡更加自然。结论 本文改进算法在一定程度上克服了IIPBDR算法不适合修复含有较大曲率边界线的破损图像的缺点。     

基于断裂结构线匹配模型的大破损区域图像修复算法

针 对现阶段含有复杂结构信息的大破损区域图像修复算法中存在的断裂结构线连接错误、连接不平滑的问题,提出一种基于断裂结构线匹配模型的大破损区域图像修复算法。首先,深入分析了影响断裂结构线匹配度计算的因子,并根据这些影响因子的重要程度赋予不同权重值,在此基础上构造了一种断裂结构线匹配模型以得到相应的断裂结构线匹配对;然后,在这些断裂结构线匹配对的基础上拟合出光滑结构线,并将大的破损区域划分为了不同的子区域;最后,使用块匹配算法对破损子区域进行像素填充。在进行的6组对比实验中,所提算法在处理含有丰富结构信息的大破损区域边缘时,能够准确地对断裂结构线进行配对并且能在配对结果的指导下平滑连接断裂结构线,修复后的图像视觉效果明显比改进后的Criminisi算法、Hays算法以及IIPBDR算法得到的效果好。     

划分特征子区域的图像修复算法

为了解决含有丰富纹理信息和复杂结构信息的大破损区域中的缺失信息修复的问题,提出了一种划分特征子区域的图像修复算法。首先,根据图像中包含的不同特征,运用特征公式进行特征提取,再通过统计特征值划分特征子区域,提高了图像修复的速度;其次,在原Criminisi算法的基础上改进了优先级的计算,通过增大结构项的影响,避免结构断裂的产生;然后,通过目标块和其最佳邻域相似块共同约束样本块的选取,确定最佳样本块集;最后,利用权值分配法合成最佳样本块。实验结果表明,所提算法相比原Criminisi算法,其峰值信噪比（PSNR）提升了2~3 dB,相比基于稀疏表示的块优先权值计算的算法,其修复效率有明显的提高。所提算法不但适用于一般小尺度的破损图像的修复,而且对于含有丰富纹理信息和复杂结构信息的大破损图像的修复效果也更佳,并且修复后的图像更加符合人们视觉上的连通性。     

基于统计及结构稀疏特性的图像修复算法

目前普遍使用的基于等照度线的优先权图像修复算法,不能快速准确地确定待修复图像的结构位置。提出利用破损区域边缘图像块的灰度均值直方图,快速准确定位结构点的位置,优先修复结构区域后,实现纹理区域修复,获得很好的修复结果。该算法与传统算法相比,不必计算每个边缘图像块的优先级,直接利用统计信息获得结构点的位置,比传统算法更准确获取结构点位置。算法的计算效率和修复效果都有了很大提升。     

参照四邻域裁剪样本的图像修复算法

针对结构纹理信息较复杂、破损尺度较大的图像修复问题,提出一种既能保持图像特征又能提高修复速度的参照四邻域裁剪样本的修复算法,将图像修复问题转化为最佳样本的检索过程。首先,提取图像结构信息,并对图像进行区域划分以缩小样本的裁剪与检索范围;其次,为了改进离差平方和（SSD）方法对块的结构信息匹配的忽视,在像素块匹配计算中引入结构对称匹配约束,有效避免了误匹配,提高了图像块匹配精度及样本搜索效率;然后,通过引入结构因子和置信度,结合传统的优先权计算,得到突出结构作用的优先级公式;最后,利用目标块与四邻域块间的重叠区域计算四邻域参照优先级,并根据四邻域提供的可靠参照信息,依据改进的块匹配方法裁剪样本集并检索最佳样本块,直至所有目标块都检索匹配到最佳样本,完成修复。实验结果表明,该算法可以很好地解决纹理模糊和结构错位等问题,在提高图像修复速度的同时,所提算法修复效果的峰值信噪比（PSNR）比其他对比算法平均提高了0.5~1 dB,使得修复后的图像更好地满足视觉连通性,同时能高效地修复一般区域,具有更好的普适性。     

基于修复顺序的图像修复算法

提出一个用于图像修复的算法。首先计算修复前沿每个待修复小片的优先级,然后优先修复具有最高优先级的小片。优先级计算方法能体现每个小片具有的结构信息以及已有颜色的可信度,使得基于小片的纹理综合方法有序进行,同时修复目标区域中的纹理和结构信息。用户选择一个目标区域后,算法就根据选择区域周围的信息自动地修复目标区域。实验证明该算法不仅快速且修复的效果非常好,且目标区域较大时也能达到很好效果。     

唐卡图像复杂破损区域的修复

为了解决唐卡图像复杂破损区域修复的一类实际工程问题,从唐卡图像复杂破损区域的检测分割、误检测破损区域的屏蔽、各破损区域的定位惟一化、修复块修复优先级的确定、样本块的检索,到各破损区域中既定修复块的修复等一系列的过程与工程技术,详细地介绍了该类唐卡灰度图像与彩色图像复杂破损区域的修复技术,并给出了相应的修复结果.     

改进的TV模型图像修复算法

分析了基于TV模型的图像修复算法,针对各参考点梯度模值的大小不同,对原始模型进行了改进.该算法通过计算待修复区域像素点的梯度信息来构造一个扩散函数,利用其控制各参考点对待修复区域的贡献值,然后再进行加权处理.实验结果表明修复变化剧烈和有较大破损的图像效果较好,图像边缘清晰,过渡自然.     

基于随机映射的快速图像修复算法

传统基于样本块的图像修复方法是在图像全局区域内循环搜索最优相似块,且结构传播过程易受置信因子影响,使得算法运算量大、时间长、效率低。针对以上问题,提出基于随机映射的修复算法。该算法采用随机映射的方法搜索与待修复区域在结构和纹理相似的样本区域,去除冗余的样本搜索空间;其次优化了基于置信因子和边缘信息的优先级计算方法,改进了最优相似块的计算方法,增强了图像结构传播的正确性。实验结果表明,该方法的修复速度比传统方法提高了5~10倍,且增强了图像修复效果。     

基于参考纹理与自身色彩的图像修复

传统的图像修复工作仅仅利用破损图像本身的信息完成,破损面积较大并且结构比较复杂时,破损图像不能提供足够的信息导致修复效果不理想。针对这个问题提出了基于参考图像纹理与破损图像自身颜色的修复算法。该算法在图像库中通过图像检索智能筛选相似参考图像,并选择最优区域填充破损图像区域,利用参考图像样块与自身未破损区域的纹理信息保证修复边界的平滑性,再结合颜色迁移与扩展算法使破损图像修复区域与完好区域的色彩协调一致。实验结果表明新提出的修复算法使得图像修复区域过渡更加自然,能在视觉上有较好的效果。     

结构张量的改进Criminisi修复

目的 针对传统基于样本块的图像修复算法中仅利用图像的梯度信息和颜色信息来修复破损区域时,容易产生错误填充块的问题,本文在Criminisi算法的基础上,利用结构张量特性,提出了一种改进的基于结构张量的彩色图像修复算法。方法 首先利用结构张量的特征值定义新的数据项,以确保图像的结构信息能够更加准确地传播;然后利用该数据项构成新的优先权函数,使得图像的填充顺序更加精准;最后利用结构张量的平均相干性来自适应选择样本块大小,以克服结构不连续和错误延伸的缺点;同时在匹配准则中,利用结构张量特征值来增加约束条件,以减少错误匹配率。结果 实验结果表明,改进算法的修复效果较理想,在主观视觉上有明显的提升,其修复结果的峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）都有所提高;与传统Criminisi算法相比,其峰值信噪比提高了1~3 dB。结论 本文算法利用结构张量的特性实现了对不同结构特征的彩色破损图像的修复,对复杂的线性结构和纹理区域都有较理想的修复,有效地保持了图像边缘结构的平滑性,而且对大物体的移除和文字去除也有较好的修复效果。     

基于结构相关性的自适应图像修复

针对传统的Criminisi修复算法中优先函数计算的不足,以及修复后图像质量下降的问题,文中提出了一种基于结构相关性的自适应图像修复算法。首先,引入结构相关性,对优先权计算进行改进,增加优先权计算的可靠性;然后,自适应选择样本块大小,使修复更加准确并提高修复效率;最后,引入HSV颜色空间,根据样本的色度、亮度来搜寻最佳匹配块,减少修复误差,完成图像恢复。实验结果表明,所提算法在主观视觉上有明显提升,并且在峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)方面均有一定提高,修复效果明显,与传统的Criminisi修复算法相比,其峰值信噪比提高了1~3 dB,结构相似度更接近1。所提算法利用结构相关性和自适应选择样本块大小对彩色破损图像进行修复,优先权计算更加合理准确,修复效率有所提高,修复效果可视性更佳,有利于实际应用。     

一种改进的基于样本块的目标移除方法

图像修补的目的是对指定的区域进行修补,填补该区域的信息,并且要求最终图像的原有区域与填补区域间的过渡自然,尽量减少人工痕迹。Criminisi曾提出一种基于样本块的图像修补方法,这种方法不仅适用于对数字图像中的大面积破损区域进行修补,而且可以用于移除图像中不想要的目标物。对Criminisi的方法进行改进,在计算优先权时增加多个已知像素的梯度信息,并且用加法代替乘法防止了快速衰减,对于一些比较特殊的图像,通过改变修补顺序提高修补效果。大量实验结果表明,与Crimini-si的方法相比,该方法能够取得更好的视觉效果。     

采用加权优化的图像修复

针对目前贪婪修复算法可能存在修复效果视觉不一致以及优化修复算法中存在的算法复杂度较高或者未考虑结构信息的情况,提出一种基于加权优化的图像修复算法,通过定义出新的能量函数,把图像破损修复问题转化为加权的离散优化问题,在保证结构信息强、信任度高的区域被优先修复的前提下,利用贪婪修复思想获取初值并计算权值,然后通过类EM算法迭代求解出破损区域中每一个像素的最佳值。与其他贪婪合成和最优化方法相比,优先考虑结构信息对修复效果的影响,更好地保持了纹理和结构的整体一致性。     

邻域窗口权重变分的图像修复

目的 传统的基于样本块的图像修复算法对于破损区域周围既含有几何结构信息又含有丰富纹理信息的情形,修复过程中易出现纹理延伸现象和错误样本块问题,该研究旨在改进传统的修复算法,提出基于邻域窗口权重变分的图像修复算法。方法 该算法利用领域窗口总变分和内在变分构造出权重变分,通过对Criminisi算法中的优先级测度进行加权,提高了对几何结构信息和纹理信息的辨识能力,使几何结构信息得到优先修复;同时,在像素块的匹配过程中,通过引入整体结构差异算子,并与传统的颜色匹配相结合,提高了匹配精度。结果 改进的算法很好地克服了原算法中的纹理延伸和误匹配问题,保持了修复结果的视觉连通性,其峰值信噪比相比原算法提高23 dB。结论 相比于Criminisi算法及其相应的改进算法,本文算法能够对既含有几何结构又含有丰富纹理信息的破损区域取得更好的修复效果,同时,也能高效修复一般的破损区域,从而具有更好的普适性。     

基于改进Criminisi算法的图像修复

针对Criminisi算法难以获得理想的修复效果,且存在修复时间过长等缺陷,提出一种改进Criminisi算法的图像修复算法。改进优先权计算方式找到最优待修复块,完善最优匹配块搜索策略,找到最优匹配块,采用新的置信值更新方式以获得更为理想修复效果,通过仿真实验测试算法性能,结果表明,相较于Criminisi算法,改进Criminisi算法不仅获得了较理想的图像修复效果,而且大幅度减少了修复时间,提高了图像修复的效果。     

基于改进Criminisi算法的地基云图修复方法

全天空成像仪（Total sky imager,TSI）对天空进行观测时,设备的结构特点会使采集到的云图信息不完整,对图像的分析造成不利影响。针对Criminisi算法修复地基云图所造成修复顺序发生错误、图像不连续以及匹配块遍历搜索时间复杂度大的问题,本文提出了一种基于改进Criminisi算法的地基云图修复方法。该算法改进了优先权计算公式,引入地基云图独特的红蓝比特征作为置信项,使得含有更多信息的像素块具有更高的优先级,在搜索匹配块的过程中,基于启发信息选择匹配区域的大小,避免了搜索到离待修复块较远的相关性较低的匹配块,也有效缩短了匹配块搜索时间,降低了算法的时间复杂度。实验结果表明,改进后的Criminisi算法具有较好的图像修复效果,且降低了时间复杂度,提高了修复效率。     

小波变换与纹理合成相结合的图像修复

目的 为了克服传统的图像修复算法在结构和纹理边界的错误修复,利用小波变换域的系数特征,探讨了一种基于小波变换与纹理合成相结合的修复算法。方法 算法先利用小波变换将待修复图像分解成具有不同分辨率的低频子图和高频子图,然后根据不同子图各自的特征分别进行修复。对代表图像结构信息的低频子图,采用FMM(fast marching method)算法进行修复;对代表图像纹理信息的高频子图,根据各子图中小波系数的特征,利用纹理合成方法进行修复。结果 分层、分类修复方法对边缘破损具有良好的修复效果,其峰值信噪比相比于传统算法提高了1~2 dB。结论 与相关算法相比,本文算法的综合修复能力较好,可以有效修复具有较强边缘和丰富纹理的破损图像,尤其对破损自然图像的修复,修复后图像质量得到较大提升,修复效果更符合人眼视觉效应。