图像反卷积边界效应的快速抑制算法

基于频域的图像反卷积算法假设输入信号被周期延拓,但边界处的不连续会导致结果产生严重的振铃效应.为此,提出一种快速有效的边界效应抑制算法.首先在现有基于图像延拓的算法的基础上,将延拓区域的定义简化为3种类型;然后提出一种具有对称系数的卷积金字塔滤波器组模型.基于这种模型,在某种特殊图像上针对每种类型的区域各训练一组滤波器组系数,并将由此训练得到的滤波器组用于求解其他图像相应类型的延拓区域.实验结果表明,该算法避免了求解大型稀疏线性方程组,在不影响图像反卷积精度的前提下,可将延拓区域的计算速度提高2个数量级以上,有效地抑制各种频域反卷积算法的振铃效应.     

基于近似高斯金字塔的视觉注意模型快速算法

利用输入图像的近似高斯金字塔,将经典的基于显著性的视觉注意模型改造为时空开销更小的版本,从而使其更加适合在嵌入式实时系统中实现.首先采用矩形窗口近似圆形窗口,矩形平均算子近似高斯卷积核;然后采用“先做行累加,再做列累加”的方法来实现矩形平均算子,并直接采样计算出各个特征通道的显著性分布图,该算法关于输入图像像素点个数具有线性时间复杂度;最后,还给出了在显著性分布图中抑制已提取区域显著性的快速算法.在Berkeley分割图像库上的实验结果表明,该方法极大地减小了系统实现的时空开销,且输出结果的误差在可接受范围内.提出的用矩形窗口近似圆形窗口,用矩形平均算子近似高斯卷积核的方法,还适用于其他需要在嵌入式实时系统中实现的图像处理问题.     

扩散张量加权梯度域图像彩色化方法

基于扩散张量的加权拉普拉斯核推广了图像彩色化的泊松解法,该彩色化过程是通过颜色在亮度值扩散张量加权的梯度场引导下自动传播完成的.首先在灰度图像上由用户手工地给定少量的颜色条带;然后计算每个像素的扩散张量,并利用这些扩散张量构造加权梯度场,从而导出基于散度的图像彩色化方程;最后求解方程,获得灰度图像着色结果.实验结果表明:该方法效果良好,比原泊松解法有显著改善.     

一种基于正弦变换的三维泊松方程并行求解算法

泊松方程的数值解法在许多物理或者工程问题上得到广泛应用,但是由于大部分三维泊松方程的离散化格式不具有明显的并行性,实际中使用整体迭代的思想,这使得计算效率和稳定性受到了限制。摒弃了传统数值解法中整体迭代的思想,结合离散正弦变换理论(DST),基于27点四阶差分格式,将三维泊松方程求解算法在算法级进行修改和并行优化,把整个求解问题转化成多个独立的问题进行求解,稳定性和并行性能得到大幅提升。对于确定的离散化形式,可以使用同一套参数解决不同的泊松方程,大大提高了编程效率。基于共享存储并行模型实现了该算法,实验结果显示,对于给出的实例,新算法具有较好的加速效果,计算结果精度误差约为10e-5,在可接受范围内,并且计算精度随着维数的升高具有一定提升。     

高斯二阶差分特征算子在图像拼接中的应用

为了将同一场景中具有重叠区域序列的图像快速准确合成一幅具有宽视角、高分辨率的图像,提出了基于高斯二阶差分(D2oG)特征检测算子的SIFT算法.采用高斯二阶差分(D2oG)金字塔的过零点检测提取图像尺度不变特征点,并选用RANSAC算法对特征点匹配对进行提纯,在此基础上计算不变换矩阵H,最后,用渐进渐出平滑算法完成图像的无缝拼接.实验中分别采用所提方法和SIFT算法对具有典型变换的4种图像进行拼接与测试,结果表明:所提方法提取的匹配点数、拼接所消耗时间明显低于采用SIFT算法,同时匹配效率也高于后者.此方法降低了运算复杂度的同时,图像拼接实时性也得到提高.     

多尺度并行坐标插值实时图像克隆算法

作为一种重要的数字图像合成编辑技术,图像克隆能够将源图像中的克隆区域平滑自然地嵌入目标图像的指定位置。 传统的图像克隆技术通过分析图像的梯度域并求解泊松方程来获取图像信息, 具有算法复杂度高、内存消耗大的缺点, 从而限制了其在高分辨率图像中的实时应用。本文提出了一种改进的均值坐标计算方法, 将图像克隆转化为高效且易于实现的图像插值流程。此外本文还采用多尺度和GPGPU并行计算技术进一步提升了算法的整体运算效率, 从而能够实现对100万像素图像区域的实时克隆。     

稀疏性正则化的图像泊松恢复模型及分裂Bregman迭代算法

生物医学、天文等成像系统通常会受到泊松噪声的干扰, 基于图像在过完备字典下的稀疏表示, 在贝叶斯最大后验概率估计框架下, 建立了针对泊松噪声的稀疏性正则化图像恢复凸变分模型, 采用负log的泊松似然函数作为数据保真项, 模型中非光滑的正则项约束图像表示系数的稀疏性, 并附加恢复图像的非负性约束. 进一步, 基于分裂Bregman方法, 提出了求解该模型的多步迭代快速算法, 通过引入辅助变量与Bregman距离, 可将原问题转化为两个简单子问题的迭代求解, 大幅度降低了计算复杂性. 实验结果验证了本文模型与数值算法的有效性.     

图像配准中图像互信息的快速估计算法

快速、精确地估计图像互信息是图像配准中一个非常重要的课题,它涉及到两幅图像的联合概率密度和边缘概率密度的估计。针对核密度估计法运算量大而导致互信息估计速度慢的问题,提出了一种快速核密度估计法,并用它估计图像互信息。快速算法利用了单位冲激函数性质和基于快速傅立叶变换的快速卷积算法,能在线性时间复杂度内估计互信息。采用临床MRI图像的实验证实了快速算法的性能。     

一种近似图像插帧的快速算法

图像插帧,是在输入两幅图像a、b间,产生一系列中间帧的过程.提出一种针对近似图像进行图像插帧的快速算法.该算法对Mahajan提出的基于路径的插值算法进行了优化,能更快速产生视觉连贯的中间图像,不需要用户人工干预.算法使用更快速直接的dinic算法来使全局能量最小化,计算转变点和转变路径,并且在三维泊松重建部分使用一种能够快速收敛、基于对角线的多重网格算法.实验结果证明,算法能快速准确生成视觉效果连贯的中间图像.     

Kronecker积重构卷积核矩阵的图像迭代复原方法

图像复原实际上是反卷积问题,其中的卷积核矩阵属于大尺寸的Toeplitz矩阵。为了降低迭代复原算法的计算复杂度,通过分析该Toeplitz系统的病态性及常见快速求解方法,提出一种基于卷积核矩阵重构的预条件共轭梯度迭代算法。首先根据Toeplitz矩阵可分解为Kronecker积的和的性质,对点扩散函数进行奇异值分解,将各奇异值对应的左右向量构造子Toeplitz矩阵,子矩阵作Kronecker积并加和,从而得到卷积核矩阵的分解式,然后根据Kronecker乘积的性质,将该分解式用于构造预条件算子,最后利用预条件共轭梯度法求解。计算复杂度分析及实验表明该方法有助于加速迭代的收敛并得到稳定结果。     

基于抠像技术的图像无缝融合算法

为了更快更好的进行图像融合,在用自由融合算法对泊松图像编辑与抠像技术进行改进的基础上,实现了一套图像自由无缝融合算法。该融合算法首先利用抠像技术来提取图像中的物体边缘,然后迭代求解泊松方程,从而取得了自然的融合效果。该算法与最新的无缝融合算法相比,其优点在于:①对于前景与背景的颜色变化复杂的图像,仍可得到准确的边缘;②可以使用户能引导前景映射图的走向;③无论图像前景层中存在多少个洞,融合效果将不受任何影响。这使得该算法的应用具有相当的灵活性。对于目前的图像融合技术而言,该算法可以获得更高的融合质量、更快的处理速度以及多样的融合效果。     

基于金字塔分解的自动色彩均衡算法

针对传统自动色彩均衡算法运算速度慢、暗区细节不明显的缺点,提出一种基于金字塔分解的自动色彩均衡算法。使用对数运算将暗区图像映射到更适合人眼观察的颜色空间,利用高斯卷积核构造图像金字塔图像序列,从金字塔最顶层图像开始进行自动色彩均衡,并对增强结果逐层进行细化,直至金字塔最底层得到最终的增强图像,细化时只需要少量像素间的比较操作,因而大幅降低了运算复杂度。实验结果表明,该算法能有效改善图像质量,保持图像细节信息,并且计算复杂度较低,便于实际应用。     

三维Navier-Stokes方程分步法的并行算法在异构平台上实现初探

本文选取了三维不可压缩流动方程的分步法(fractional-step method),其中动量方程使用BiCGSTAB算法进行迭代求解,而压力泊松方程使用Fourier变换法进行直接求解。本文研究该算法在集群平台上的并行算法,从区域分解入手,分析一维、两维、三维区域划分三种情况下,各并行处理器上的计算量与通讯量,根据分析结果使用两维区域分解。分析BiCGSTAB算法和泊松Fourier变换法在GPGPU异构平台上的移植方法。最后,本文分析了BiCGSTAB和泊松方程Fourier变换法两种算法在CPU集群和GPGPU异构平台上的并行性能结果。     

基于CUDA的二维泊松方程快速直接求解

二维泊松方程离散化之后可以转化为一个具有特殊格式的块三对角方程的求解问题,通过对这一结构化线性方程组的研究,提出了一个适用于统一计算架构(CUDA)的泊松方程并行算法.该算法通过离散正弦变化,可以将计算任务划分为若干相互独立的部分进行求解,各部分求解完成后再通过一次离散正弦变换即可获得最终解,整个求解过程只需要两次全局通信.结合GPU的硬件特征进行优化之后,该算法相比CPU上的串行算法可以获得10倍以上的加速比.     

基于格林函数的图像增强算法

由于传统的图像增强算法得到的增强图像存在细节的缺失,主观效果较差等缺陷,提出了一种图像增强算法。通过Retinex模型保证了增强图像具有较突出的细节特性;通过求解泊松方程满足了增强图像与原始图像在梯度域的一致性;采用自适应亮度映射得到适于显示的边界条件;对区域的边界进行采样降低算法的复杂度。实验对比了几种图像增强算法得到的增强图像以及相关的评价系数,验证了该算法能够有效地提高图像的对比度,增强图像的主观视觉效果较高。     

马尔科夫随机场化的光照一致图像合成方法

针对图像合成中源图像与目标图像光照环境不一致造成直接合成图像不逼真的问题,提出一种基于马尔科夫随机场的光照一致图像合成方法.首先基于加权的泊松克隆方法构建梯度保持的光滑约束,削弱传统的泊松克隆方法在合成边界源图像和目标图像光照差异变化剧烈时产生的渗透效应;然后基于直方图对齐的方法构建光照一致的数据约束,保持合成图像前、背景亮度主轴的一致性;最后根据合成边界源图像的边缘特性以及源图像和目标图像光照差异变化的剧烈程度自适应地调整2项约束的权重,并采用融合局部和全局一致性的学习算法对构建的马尔科夫随机场函数进行快速求解.实验结果表明,该方法产生的合成效果在梯度特征保持方面以及亮度一致性方面均优于传统的泊松克隆方法,同时收敛速度得到了提高.     

基于空洞空间金字塔池化的雾天图像语义分割

针对雾天图像语义分割中分割精度不高的问题,基于空洞空间金字塔池化、Xception模块和残差网络,提出一种雾天图像语义分割算法.该算法一方面使用空洞空间金字塔池化和残差网络,以多个采样率的并行卷积以及卷积核大小为1×1的卷积对输入图像进行多尺度的上下文特征提取;另一方面,采用解码器结构使用预训练后的Xception模块对提取的特征进行分类,得到每一个像素的预测结果,用于增强分割边界的细化得到边界精细的分割结果.实验表明,所提算法在foggy cityscapes数据集上的平均交并比为73.03％、73.81％与74.50％,分割性能良好.     

量子线性卷积及其在图像处理中的应用

线性卷积在图像处理中发挥着重要作用,但是在处理海量高分辨率图像时,求解线性卷积会消耗许多计算资源.为此,本文就量子线性卷积及其在图像处理问题中的应用开展相关研究,首先提出单通道,单位步长,零补充情况下的量子一维和二维线性卷积,然后实现多通道,非单位步长,非零补充的情况,最后将量子二维线性卷积应用于量子图像平滑,量子图像锐化和量子图像边缘检测.通过理论分析证明了量子线性卷积的空间复杂度O（logM）和时间复杂度O（log²M）较经典线性卷积有指数级下降,且基于Qiskit的仿真实验成功验证了量子线性卷积和量子图像处理算法的正确性和可行性.     

大尺度图像编辑的泊松方程并行多重网格求解算法

随着获取设备的发展,大尺度、高分辫率数字图像已逐步进入人们的生活,大尺度图像的梯度域编辑显得更为重要,求解大规模未知数的泊松方程是大尺度图像梯度域编辑的关键。传统多重网格算法的迭代、约束和插值操作单独进行,内存和外存间通讯量大,算法效率低,为此提出了一种面向大尺度图像梯度域编辑的并行多重网格求解泊松方程的算法。该算法利用多重网格的迭代、约束和插值过程的内存数据访问局部性和更新相关性,构造滑动工作窗口,使迭代、约束和插值操作并行运行,提高了多重网格算法求解泊松方程的计算效率。全景图拼接实验表明,所提算法的运行效率高于超松弛迭代、高斯塞德尔迭代和传统多重网格算法。     

二维泊松问题的并行共轭梯度算法

该论文研究了利用并行共轭梯度算法求解二维泊松方程的方法,在由24台微机组成的机群上进行了实验。实验数据表明并行共轭梯度算法适用于求解二维泊松方程,它具有收敛快,可扩展性强的特点。在实验的基础上提出并验证了适用于并行共轭梯度算法的合理计算节点数的选择函数。