自适应匹配追踪图像去噪算法

针对目前的稀疏去噪算法分解效率低、去噪效果不理想的问题,提出了一种基于自适应匹配追踪的图像去噪算法。该算法首先通过自适应匹配追踪算法求解稀疏系数,然后利用K奇异值分解算法将字典训练成能够有效反映图像结构特征的自适应字典,最后将稀疏系数与自适应字典相结合来重构图像。在重构过程中,将噪声对应的系数去除,最终达到去噪的效果。算法引入Spike-Slab先验来引导稀疏系数矩阵的稀疏性,并利用两个权重矩阵促使去噪模型更加真实。鉴于字典在稀疏算法中的重要性,将自适应字典与DCT冗余字典、Global字典进行比较。实验结果显示,选择自适应字典的去噪结果比传统字典在峰值信噪比上高出约4.5 dB;与目前6种主流的稀疏去噪方法相比,文中提出的方法在3种评价指标上均有不同程度的提高,其中峰值信噪比平均提高了约0.76~6.24 dB,特征相似度平均提高了约0.012~0.082,结构相似性平均提高了约0.015~0.108。对图像去噪算法进行定性的评价,结果显示所提算法保留了更多的有用信息,视觉效果最佳。实验充分证明了自适应匹配追踪图像去噪算法对图像去噪的有效性和鲁棒性。     

基于块分类和字典优化的K-SVD图像去噪研究

基于K-奇异值分解（K-SVD）的图像去噪方法使用K-SVD算法训练得到的过完备字典对图像进行稀疏表示去噪,能够在去除噪声的同时较好地保持原始图像信息。但该方法缺少对图像结构特征的考虑;此外,K-SVD算法训练得到的字典中往往含有噪声原子,从而导致该方法在强噪声下去噪性能欠佳。针对这些局限性,提出一种新的去噪方法：基于块分类和字典优化的K-SVD去噪方法。首先通过图像块的分类训练得到与图像结构相适应的字典,能够更为稀疏地表示图像;然后通过噪声原子检测将字典原子分为噪声原子和非噪声原子,并对噪声原子进行替换,减弱噪声原子对去噪性能的影响,得到优化字典;利用优化字典对图像进行稀疏表示去噪。仿真实验表明,与非局部均值去噪、曲波去噪以及经典K-SVD去噪等算法相比,新方法能够取得更好的去噪结果。     

小波变换和稀疏冗余表示的混合图像去噪

为改进K-SVD方法抑制强噪声的效果,提出一种小波域稀疏冗余表示图像去噪方法——单尺度低频小波K-SVD(SLWK-SVD)。首先对含噪图像做单尺度小波变换,然后用K-SVD算法对变换后的图像逼近系数学习过完备自适应字典,而对于高频小波系数则简单置零,最后用逆小波变换得到恢复图像。实验结果表明,与K-SVD方法相比,所提方法具有良好的抑制强噪声能力,在所给强噪声下(方差介于50和100),恢复图像信噪比提高了约0.5—1.5 dB,并克服了K-SVD方法去噪后图像出现的明显波动效应,具有更佳的视觉效果。     

学习字典下自适应稀疏度估计的分解去噪算法

针对固定字典下稀疏分解在图像去噪过程中缺乏自适应稀疏度估计和回溯优化等问题,本文在K-SVD学习字典下,利用自适应稀疏度估计匹配追踪(ASMP)方法自适应估计图像的稀疏度,并对原子进行回溯优化选择。算法不仅改善了固定字典的表示性能,同时减少了图像稀疏度人为设定的盲目性又提高了算法鲁棒性。实验表明,与传统的稀疏分解去噪算法相比,学习字典下自适应稀疏度估计的分解去噪算法能获得更高的峰值信噪比。     

基于联合滤波的聚类稀疏表示图像去噪算法

针对非局部均值去噪算法中噪声对结构聚类影响的问题,提出了一种基于联合滤波预处理的聚类稀疏表示图像去噪算法。利用维纳滤波和巴特沃斯滤波联合滤波处理提取含噪图像中的高频分量,同时减小了噪声对聚类的影响;利用非局部均值去噪的思想将高频图像块进行聚类,每一类图像块单独进行字典学习,增强字典的自适应性;利用多循环字典更新的K-SVD算法进行类内字典学习,增强字典的描述能力。实验结果表明,与传统的K-SVD算法相比,该算法能有效保留图像的结构信息,并且提升了图像的去噪效果。     

近邻局部OMP稀疏表示图像去噪

目的 基于分类的稀疏字典去噪算法改善了字典训练阶段的效率问题,但稀疏分解阶段仍是全字典匹配,影响算法运行速度。为了解决稀疏去噪算法在稀疏分解阶段因复杂矩阵运算及字典全局搜索导致的算法效率低,以及冗余的稀疏字典因无法描述图像具体特征而影响图像去噪效果的问题,提出改进算法。方法 首先稀疏分解阶段,在原正交匹配追踪算法基础上引入字典原子聚类思想,提出局部正交匹配追踪算法,将全局搜索优化为局部搜索;为保证局部搜索仍能保持良好的匹配结果,提出近邻择优策略,计算聚类中心与信号原子的距离,从而按照某一阈值自适应地选择最优的n个子字典作为稀疏分解的匹配空间;最后将图像分解为内容簇和背景簇,对内容簇采用基于近邻的局部K奇异值分解（K-SVD）算法去噪,背景簇采用均值滤波方法去噪。结果 对USC标准数据库中大量图像进行去噪实验,本文算法去噪结果的峰值信噪比值比K-SVD算法平均提高了1.53 dB,比2维块匹配（BM3D）算法平均提高了0.72 dB,比聚类的稀疏表示去噪（CSR）算法平均提高了0.5 dB;运行时间比原算法提高了23.2%。结论 本文算法针对灰度图像去噪,在去噪效果及去噪效率方面均有改善,尤其对细节纹理较丰富的灰度图像去噪具有一定的应用价值。     

一种非零元个数约束的字典学习图像去噪算法*

提出了一种基于字典学习的图像去噪算法。在K-SVD字典学习算法的基础上,改变稀疏编码中误差约束为非零元个数约束来进行字典学习。在实验的基础上分析了使用不同非零元个数去噪时对峰值信噪比的影响,提出分别针对低噪图像和高噪图像采用两个固定非零元个数来进行字典学习,获得图像的稀疏表示,从而恢复出原始图像。实验结果表明,与小波软阈值去噪方法相比,本算法能够在保留图像边缘和细节信息的同时有效地去除图像中的噪声,具有较好的视觉效果。     

基于稀疏结构噪声检测的指静脉图像去噪算法

针对携带污染噪声的指静脉图像中背景区域、静脉区域和噪声区域的稀疏特性,提出一种改进的指静脉图像去噪算法。利用指静脉稀疏结构特性建立鲁棒主成分分析（RPCA）模型,通过交替方向乘子法求解RPCA模型获得含稀疏目标的前景图像并对其进行阈值分割以提取噪声分布图,同时根据提取结果建立修复优先度规则和自适应选择性滤波模板,实现指静脉图像的去噪处理。实验结果表明,与自适应非局部均值去噪算法和基于分数阶微分梯度噪声检测的去噪算法相比,在零误识情况下该算法处理后的带噪指静脉图像拒识率平均降低5.95%和3.64%,有效提升了带噪指静脉图像的识别性能。     

基于K-SVD的偏微分方程模型在毫米波图像恢复中的应用

在图像被大噪声污染或具有较低分辨率时,传统的偏微分方程(PDE)模型的稳态解会产生明显的阶梯效应,恢复图像质量较差。针对此缺点,提出了一种新的基于K-奇异值分解(K-SVD)的PDE图像恢复方法,并应用于毫米波(MMW)图像的恢复。K-SVD是一种图像稀疏表示方法,对图像进行稀疏估计的同时实现去噪,对噪声方差较大的图像具有较好的去噪鲁棒性。首先采用K-SVD对MMW图像进行去噪,对去噪图像再应用全变分(TV)模型的PDE方法进行恢复。对所提出的算法分别使用模拟的MMW图像和真实的MMW图像进行测试,并进一步和K-SVD、PDE方法比较,同时使用峰值信噪比(PSNR)对恢复图像进行评价。根据不同噪声方差下的PSNR数据和恢复图像的视觉效果,实验结果证明了所提方法能够有效地恢复MMW图像。     

结合分块噪声估计的字典学习图像去噪算法

图像去噪是图像处理领域的重要环节,也是对图像进行后续处理的基础。近年来K-SVD字典学习去噪算法因其耗时短、去噪效果好的特点得到广泛关注和应用。但该算法的适用条件为图像的噪声为加性噪声且噪声标准差已知。针对这一情况,本文先提出一种平滑图像块筛选方法,并将其与奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)相结合实现对图像的噪声标准差估计。再将得到的噪声估计方法与K-SVD字典学习去噪算法结合起来,提出一种具备噪声估计特性的K-SVD字典学习去噪算法。对多种图像的去噪实验结果表明,与Donoho小波软阈值去噪算法、全变分(Total Variation, TV)去噪算法相比,本文算法不仅能够使去噪后图像的峰值信噪比提升1~3dB,并且能较好地保留图像的细节信息和边缘特征。     

稀疏表示在入侵检测中的应用

提出一种基于稀疏表示的入侵检测算法。将稀疏性约束引入过完备词典学习和编码过程中,使学习得到的稀疏系数可以保持较好的重构性,同时增强判别力。利用判别式K-SVD算法优化过完备词典和线性判别函数,将提取的稀疏特征作为线性分类器的输入,实现入侵检测。实验结果表明,该算法可以获得较低的误报率和较高的检测率,分类性能较好。     

基于稀疏理论与快速有限剪切波变换的医学图像融合算法

在临床医学领域, 图像辅助诊断对医学视图的处理效果要求很高. 针对医学图像融合过程中图像视觉效果较差的问题, 提出了一种基于稀疏理论与快速有限剪切变换的医学图像融合算法, 提高了医学图像处理效率. 首先, 采用快速有限剪切波变换(FFST)分解源图像, 将其分解为高频系数和低频系数; 其次, 根据高频系数和低频系数的不同性质, 提供不同的融合策略, 通过相对标准差比较法对高频系数进行处理, 对于稀疏性较差的低频系数利用K-SVD方法训练, 得到字典并采用稀疏原理进行处理; 最后, 将融合后的高频和低频系数通过FFST逆变换融合到医学图像中. 实验结果表明, 算法的图像融合效果好, 尤其是在提高图像清晰度等方面, 具有良好的实用价值和应用前景.     

基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建

为了通过软件方式增强遥感影像的空间分辨率,提出了一种基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建算法。基于稀疏表示理论,利用K-SVD字典学习算法求解低分辨率字典及其稀疏系数,将稀疏系数传递至高分辨率字典学习空间,形成高、低分辨率字典对,重建得到高分辨率遥感影像,并在字典学习和稀疏重建两个阶段设置了不同的稀疏度。实验分别采用TM5影像、资源三号影像以及USC_SIPI图像库中的遥感影像进行重建,结果表明,不论重建影像有无噪声,所提算法的峰值信噪比和结构相似指标均高于Bicubic法以及Zeyde的算法。K-SVD和双稀疏度参数的引入,不仅减少了字典学习时间,且具有高的空间分辨率提升能力。     

一种基于K均值分类稀疏表示的灰度图像颜色重建方法

本文充分利用参考图像与待处理灰度图像的关联关系,运用稀疏表示理论和字典学习的方法,提出一种基于K均值分类和残差补偿的稀疏表示的方法来对灰度图像进行颜色重建。首先根据K均值算法将参考图像分成K类,利用K阶奇异值分解（K-SVD）算法训练各类的亮度—特征—颜色的联合字典;其次,根据最小形心距离将待处理灰度图像自适应地分成K类,利用其亮度和特征信息根据正交匹配追踪（OMP）算法得到各类的稀疏系数;然后利用各类的字典和稀疏系数重建初始的彩色图像;最后用残差补偿对重建结果进行修正。实验结果表明,该算法相比于经典算法及其他改进算法对灰度图像进行颜色重建时取得了更好的效果,重建的图像看起来更自然、平滑并且在客观评价标准方面也优于对比算法。     

基于稀疏表示的SAR图像压缩方法研究

基于过完备字典的图像稀疏表示是一种新的图像表示理论,利用过完备字典的冗余性可以有效地捕捉图像的各种结构特征,从而实现图像的有效表示。采用基于过完备字典稀疏表示的方法实现SAR图像的压缩。为了得到表示图像所需要的信息,只需要存储稀疏分解的系数极其对应的坐标,实现压缩的目的。采用K-SVD算法实现过完备字典的构造。K-SVD算法是一种基于学习的算法,由于训练样本全部来自于图像本身,因此字典能够更好地逼近图像本身的结构,实现稀疏表示。仿真表明对于SAR图像的压缩,算法是有效的,并且优于基于DCT的Jpeg算法和基于小波变换的EZW和SPIHT算法。     

基于冗余字典学习的图像修补算法

在稀疏表示理论研究的基础上,提出了基于不同冗余字典的图像修补算法。首先设计采用离散余弦变换或K-SVD算法获得冗余DCT字典、KSVDG全局字典及KSVDA自适应字典等三种不同的字典;然后分别基于上述三种不同的冗余字典,稀疏表示待处理图像;最终图像中缺损的部分将通过冗余字典和稀疏系数有效地表示出来。实验结果表明,提出的算法修补后的图像视觉效果好,并在峰值信噪比、特征相似度等主要图像质量评价指标上优于现有几种经典的图像修补方法。     

基于多视觉词典的显著性加权图像检索方法

针对视觉词典在图像表示与检索方面的应用需求,本文提出了一种基于多视觉词典与显著性加权相结合的图像检索方法,实现了图像多特征的显著性稀疏表示。该方法首先划分图像为小块,提取图像块的多种底层特征,然后将其作为输入向量,通过非负稀疏编码分别学习图像块多种特征对应的视觉词典,将得到的图 像块稀疏向量经过显著性汇总方法引入空间信息并作显著性加权处理,形成整幅图像的稀疏表示,最后采用提出的SDD距离计算方式进行图像检索。在Corel和Caltech通用图像集上进行仿真实验,与单一视觉词典的方法对比,结果表明本文方法能够有效提高图像检索的准确率。     

一种基于非局部思想的改进图像降噪算法

数字图像因噪声的影响会严重降低其视觉效果,图像降噪算法的研究是数字图像处理领域的一个重要研究方向。本文在基于稀疏和冗余字典的图像降噪算法基础上,提出了一种基于非局部思想的改进图像降噪算法。与传统的基于稀疏表达的图像降噪算法KSVD相比,本文算法增加了一个相似块聚合的过程,使得学习的字典更小且更准确。利用自然图像包含很多的自相似,相似样本聚合学习出的字典比传统KSVD算法能更准确更稀疏的表示样本。稀疏度的提高使得重建后的信号更加的准确,适应性更好。实验证明本文算法取得了更好的视觉效果。