基于耦合偏微分方程的煤矿图像去噪算法

针对煤矿复杂环境下矿井图像具有噪声大、照度低的问题,提出了一种基于二阶与四阶偏微分方程耦合的煤矿图像去噪算法。该算法利用差分曲率边缘检测算子将二阶与四阶偏微分方程模型有效耦合,保持图像边缘,利用尺度因子保护图像纹理细节。实验结果表明,该算法能很好地保持图像边缘、保护图像纹理细节,且收敛速度快,可避免阶梯效应。     

基于改进复扩散自适应耦合非局部变换域模型的图像放大

针对二阶偏微分方程（PDE）放大算法丢失弱边缘和纹理细节的不足,提出一种改进复扩散自适应耦合非局部变换域模型的图像放大算法。利用复扩散具有边缘定位准确的特点耦合冲击滤波器,改进复扩散模型能够较好地增强强边缘;而通过对相似图像块构成图像组的三维变换系数的稀疏特性进行建模,非局部变换域模型能够很好地利用图像中相似图像块的非局部信息,对弱边缘和纹理细节有较好的处理效果;最后利用复扩散得到图像的二阶导数作为参数实现改进复扩散模型和非局部变换域模型自适应耦合。所提算法与偏微分方程放大算法、非局部变换域放大算法和偏微分方程耦合空域非局部模型放大算法进行仿真实验比较,在强边缘、弱边缘和细节纹理具有较好的放大效果,弱边缘和纹理细节图像在平均结构相似性测度上高于改进复扩散放大算法、非局部变换域放大算法。所提算法验证了空域模型和变换域模型、局部模型和非局部模型耦合结合的有效性。     

基于45N度旋转梯度等模算子偏微分方程去噪模型

传统的二阶中值曲率扩散模型(MCM)在去噪时虽然能有效地保持图像的边缘,但是在平滑区域却产生阶梯效应,以及过度扩散的现象.四阶偏微分方程模型(LLT)在去噪的同时虽能有效地抑制二阶偏微分方程产生的阶梯效应,能很好地保持图像的纹理信息,但却过多地损失了边缘信息.为了避免以上去噪过程中存在的问题,利用归一化的45N度旋转梯度等模算子作为权重,提出了传统的二阶中值曲率扩散模型(MCM)和四阶偏微分方程去噪模型(LLT)自适应的混合模型,使得它们在有效去除图像中噪声的同时,也能很好地保持图像的边缘和纹理细节信息.实验结果证实了所提出的模型的有效性.     

基于耦合偏微分方程的图像去噪方法

本文基于Perona-Malik模型和四阶偏微分方程提出了耦合偏微分方程的平滑方法。实验表明，该方法能很好兼顾图像噪声消除和边缘保持，避免了二阶偏微分方程处理图像常出现的块效应，使图像平滑自然。     

自适应残差图像的分数阶全变分去噪算法

目的 全变分（TV）去噪模型具有较好的去噪效果,但对于图像的弱边缘和纹理细节的保持不够理想。自适应分数阶全变分（AFTV）模型根据图像局部信息,区分图像的纹理区域和非纹理区域,自适应计算投影算法中的软阈值,可较好地保持图像的弱边缘和纹理细节,但该方法当噪声增大时“阶梯”效应比较明显,弱边缘和纹理细节保持效果不够理想。针对该问题,提出一种改进的分数阶全变分去噪算法。方法 该算法在计算残差图像时,用分数阶全变分模型替代整数一阶全变分模型,并根据较精确的残差图像的局部方差区分图像纹理区域和平坦区域,使保真项参数的自适应选取更加合理,提高了算法的去噪性能。结果 针对3种不同类型的噪声图像,将本文模型与TV模型和AFTV模型进行对比实验,并采用峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）评定去噪效果和纹理保持能力。对于高斯噪声图像,本文算法在PSNR方面比TV模型和AFTV模型分别可平均提高2.72 dB和1.38 dB,SSIM分别可平均提高0.047和0.020。对于椒盐噪声图像,本文算法结合中值滤波算法在PSNR和SSIM方面比传统中值滤波算法分别可平均提高1.308 dB和0.011。对于泊松噪声图像,本文算法在PSNR、SSIM方面与AFTV较接近,比TV分别可提高1.59 dB和0.005。结论 通过对添加不同类型的噪声图像进行实验,结果表明提出的算法在去噪性能上与TV和AFTV相比均有较大提高,尤其对于噪声较大的图像效果更为显著,在去噪效率上与AFTV的时间复杂度相当,时耗接近略有降低。且本文算法普适性较好,能有效去除多种典型类型的噪声。     

考虑分数阶梯度的雾天图像增强偏微分方程模型

为了在去雾的同时增强图像中的纹理细节信息,提高图像亮度,改善图像质量,提出一个雾天图像增强的分数阶偏微分方程模型.将分数阶微分与大气散射物理模型结合,建立了去雾图像的分数阶梯度场;为了突出图像的纹理细节信息,避免出现边缘过度增强或细节纹理增强不够的现象,构造了分数阶梯度场的增强函数,使分数阶梯度场随着梯度模的变化达到非线性增强的效果;在梯度域建立能量泛函,使雾天图像梯度场逼近增强梯度场,通过变分法得到分数阶偏微分方程图像增强模型;最后用有限差分法对模型进行数值求解.实验结果表明,文中模型在去雾的同时,能够有效地提高图像的对比度和清晰度,是一种有效的雾天图像增强模型.     

一种基于二阶和四阶PDEs的变分去噪方法

二阶偏微分方程图像去噪方法在去除噪声同时保护边缘效果较好,但在平滑区会产生阶梯效应,而四阶方法可以消除阶梯效应,基于此提出了一种将二阶与四阶偏微分方程相结合的变分去噪方法,给出了其欧拉方程和梯度下降流,并分析了数值离散化方法。通过去噪实验表明,该方法能有效去除噪声干扰,在一定程度上保护边缘,并且可以有效减弱阶梯效应,改善图像质量。     

基于梯度曲面面积与稀疏约束的图像平滑方法

针对纹理图像在平滑过程中低对比度边缘易丢失和纹理细节抑制不彻底等问题,提出基于梯度曲面面积与稀疏约束的图像平滑方法。首先,将图像视作三维空间中的二维嵌入曲面,再在此基础上分析图像的几何特征并提出梯度曲面面积约束正则化项,以提高纹理抑制性能;其次,根据图像的统计特性,建立L₀梯度稀疏与自适应梯度曲面面积约束的混合正则化约束图像平滑模型;最后,采用交替方向乘子法对非凸非光滑的优化模型进行高效求解。通过纹理抑制、边缘检测、纹理增强和图像融合等方面的实验结果可知,所提出的图像平滑算法克服了L₀梯度最小化平滑方法易造成的阶梯效应和欠滤波等缺陷,能够在去除大量纹理信息的同时保持并锐化图像显著的边缘轮廓。     

基于自适应参数高阶偏微分方程的图像平滑

为消除经典P-M方法在图像平滑时引起的"阶梯"效应,提出了基于自适应参数的高阶偏微分方程图像平滑方法,并且利用Mean Shift的核密度估计方法来确定各点阈值参数.与固定阈值参数的各向异性扩散方法相比,该方法有效地保持了图像的边缘等重要信息,能够更大程度地抑制孤立噪声,从而得到更高的PSNR值和更好的视觉效果.     

一种基于分数阶偏微分方程的图像放大算法

针对传统图像放大算法的不足之处,将物理意义鲜明的分数阶偏微分理论引入到图像放大算法中,提出一种新的基于分数阶偏微分方程的图像放大算法,使得放大图像的轮廓更加清晰,同时能够有效保留放大图像的细节边缘特征。仿真实验结果表明,该方法对比传统图像放大算法在放大图像的同时也增强图像的清晰度和对比度。     

基于变分法和偏微分方程的图像彩色化方法

针对传统的图像彩色化算法易产生的图像边缘颜色模糊等问题,提出一种基于变分法和偏微分方程的图像彩色化算法,结合整体变分(TV)模型和金兹堡一朗道(GL)模型的特点,通过求泛函极值建立偏微分方程,使图像的光滑区域和边界区域都能有效的实现颜色扩散,对偏微分方程进行数值求解得到彩色化结果.实验结果表明,与其它偏微分方程彩色化技术相比,该方法能得到清晰自然的彩色化图像和较高的图像质量.     

A fourth-order partial differential equation denoising model with an adaptive relaxation method

In this paper, an adaptive relaxation method and a discontinuity treatment of edges are proposed to improve the digital image denoising process by using the fourth-order partial differential equation (known as the YK model) first proposed by You and Kaveh. Since the YK model would generate some speckles into the denoised image, a relaxation method is incorporated into the model to reduce the formation of isolated speckles. An additional improvement is employed to handle the discontinuity on the edges of the image. In order to stop the iteration automatically, a control of the iteration is integrated into the denoising process. Numerical results demonstrate that such modifications not only make the denoised image look more natural, but also achieve a higher value of peak signal noise ratio (PSNR).     

An improved noise removal model based on nonlinear fourth-order partial differential equations

In this paper, we propose an improved noise removal model based on a nonlinear fourth-order partial differential equation (PDE). It associates with the minimization of a certain energy subject to spatially varying constraints involving local variance measures. We discuss the existence and uniqueness of the solutions for the proposed model. The main advantage of the proposed method over the related methods is that it can not only preserve textures but also avoid the staircase effect in smooth regions in the process of denoising. Experimental results illustrate advantages of our proposed method in visual improvement as well as an increase in the signal-to-noise ratio over related PDE methods.     

基于二维Otsu准则的自适应分数阶微分的图像增强算法

针对传统的分数阶微分应用于图像增强中会在强化图像边缘的时候忽视了图像的纹理,或者在保留更多图像纹理的同时弱化了图像边缘等不足,本文提出一种可以根据像素点的动态梯度来自适应调整分数阶微分阶次的图像增强新方法.该方法引入改进的二维Otsu准则,并结合图像的区域特征构造出自适应分数阶微分函数,进而求出与每一个像素点相对应的分数阶微分阶次.最后,实验结果表明该方法比较现有的方法可以更好的提取和增强图像边缘的同时,保留图像弱纹理和平滑区域,从而达到更佳的图像增强效果.     

基于变指数的片相似性扩散图像降噪算法

针对图像去噪过程中存在边缘保持与噪声抑制之间的矛盾,提出了一种基于变指数的片相似性扩散图像降噪算法。算法基于变指数的自适应降噪模型,引入片相似性的思想,构造出新的边缘检测算子和扩散系数函数。传统的各项异性扩散图像降噪算法利用单个像素点的灰度相似性（或梯度信息）检测边缘,不能很好地保持图像的弱边缘和纹理信息。而所提算法利用邻域像素的灰度相似性,可以在滤除图像噪声的同时,保持更多的细节信息。仿真结果表明,与其他传统的基于偏微分方程（PDE）的图像降噪算法相比,该算法将信噪比（SNR）和峰值信噪比（PSNR）提高至16.602480dB和31.284672dB,具有良好的抗噪性;同时视觉效果较好,保持了更多的弱边缘和纹理等细节特征,在噪声抑制与边缘保持之间取得了较好的权衡。     

基于分数阶偏微分方程的图像去噪新模型

将分数阶微分理论和全变分方法相结合应用于图像去噪,提出了一种基于分数阶偏微分方程的图像去噪新模型。该模型很好地继承了现有的全变分(TV)模型去噪效果与保持图像边缘细节特征的优点,同时利用分数阶微分运算特有的幅频特性优势,较好地保留了图像平滑区域中灰度变化不大的纹理细节。实验结果表明：一方面,与现有去噪方法相比,新模型不仅具有较强的抑制噪声能力,而且能较好地保持图像边缘特征,还能保留更多的图像纹理细节信息,优于常用的整数阶偏微分图像去噪方法;另一方面,从峰值信噪比的对比实验可以看出该模型去噪效果优于其他方法,较好地达到了去噪目的,是一种有效、实用的图像去噪模型。     

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。     

基于压缩感知的改进MPEG-2编码方案

为寻找压缩感知在视频编码上的应用并提高MPEG-2的编码效率,提出了基于压缩感知和MPEG-2的改进方案。该视频编码改进方案从标准重构方法与像素域最小全变分重构算法中选出最终重构方法,使最终重构出的图像具有较小均方误差和。像素域最小全变分重构算法的提出,基于原始图像的梯度比残差图像的梯度更稀疏这个特征。实验结果表明,所提出的方案对于各类序列都有性能的提升。对于有比较锐利边缘物体的序列,平均峰值信噪比(PSNR)提高0.5dB以上;而对于具有较多平坦区域或复杂纹理的序列,平均PSNR也有0.26dB~0.41dB的提高。