结合结构自相似性和卷积网络的单幅图像超分辨率

针对单幅图像超分辨率（SR）复原病态逆问题,在重建过程边缘细节丢失导致的模糊,提出一种结合结构自相似和卷积网络的单幅图像超分辨率算法。首先,通过将尺度分解获得待重构图片样本的自身结构相似性,结合外部数据库样本结合作为训练样本,可以解决样本过于分散的问题;其次,将样本输入卷积神经网络（CNN）进行训练学习,得到单幅图像超分辨率的先验知识;然后,利用非局部约束项自适应选择最优字典重建图像;最后,利用迭代反投影算法对图像超分辨率效果进一步提升。实验结果表明,与双三次插值（Bicubic）方法、K-SVD算法和基于卷积神经网络的图像超分辨率（SRCNN）方法等优秀算法相比,所提算法可以得到边缘更为清晰的超分辨率重建效果。     

基于改进PatchMatch的自相似性图像超分辨率算法

针对基于自示例几何不变性的超分辨率算法没有充分利用图像的纹理和边缘信息,且采用的PatchMatch图像块匹配算法容易陷入局部极小值的问题,提出了一种基于改进PatchMatch的自相似性超分辨率算法。第一,利用模拟退火算法提高PatchMatch跳出局部极小点的能力;第二,定义边缘相似度因子并将其引入到图像块相似性的评价函数中;第三,受“局部自相似性”统计先验的启发,采用服从高斯概率分布的位置坐标搜索空间进行相似图像块匹配。实验表明,与当前先进算法相比,所提算法在视觉效果和客观评价指标上都有一定的提高。     

基于多尺度结构自相似性的单幅图像超分辨率算法

多尺度结构自相似性是指同一幅图像中存在相同尺度或不同尺度的相似结构,这种多尺度图像结构自相似性广泛存在于遥感图像中.本文提出了一种基于多尺度结构自相似性的单幅图像超分辨率（Super resolution,SR）算法,该算法结合了压缩感知框架与图像结构自相似性,利用非局部方法和基于图像金字塔的K-SVD字典学习方法,将蕴含在相同尺度和不同尺度相似图像块中的附加信息在压缩感知的框架下加入到重构图像中.本文算法的优势在于,它仅借助于单幅低分辨率图像自身所蕴含的信息,实现了空间分辨率的提升.实验表明,与CSSS算法和ASDSAR算法相比,本文算法更有效地提升了遥感图像的空间分辨率.     

基于亚像素块匹配和字典学习的超分辨率算法

针对基于字典学习算法的计算效率低,且大多局限于处理单帧图像的问题,提出了一种基于亚像素块匹配和字典学习的超分辨算法,以实现对多帧图像的重构。采用亚像素块匹配方法对图像进行配准,依据配准结果构造低分辨率字典,并通过计算辅助图像块与目标图像块的相似度来选择用于重构的图像块。在Matlab平台上,将该算法用于静态图像和视频图像处理,获得了较好的重构效果。     

基于字典学习与结构自相似性的码本映射超分辨率算法

图像的空间分辨率受成像环境、硬件制造水平和成本等多方面因素的影响,存在一定的局限性.为了提高图像的空间分辨率,提出一种基于字典学习与结构自相似性的码本映射超分辨率算法.首先利用训练集构建与图像高低频分量对应的高低频码本,将高低频码本作为训练样本获取高低频字典;然后在初始重建图像中搜索目标图像块的相似图像块,利用相似图像块构建非局部约束项;最后通过求解含有非局部约束项的l0范数最小化问题获取目标图像块的稀疏表示系数,并利用高低频字典重建高分辨率图像块.该算法利用高低频字典表示目标图像块,而不是直接采用高低频码本,提高了算法的运算效率;利用相似图像块构建正则化约束项,提高了重建图像的质量.实验结果表明,与LLE,Sc SR和NARM等算法相比,文中算法取得的超分辨率重建效果更好.     

基于稀疏表示的单幅图像超分辨率重建

针对单幅低分辨率灰度图像,提出一种基于稀疏表示和字典学习的超分辨率重建算法,通过选择合适的过完备字典,图像块可表示为字典元素的稀疏线性组合。对于输入的低分辨率图像,寻求每一图像块的稀疏表示,利用此表示系数产生高分辨率图像输出。为消除Elad方法重建图像中产生的黑色边缘并提高重建图像的质量,文中在稀疏表示方法的基础上利用反向投影法对其进行改进。仿真实验结果表明,改进算法不仅实现了上述目的,而且在图像信噪比和算法运行效率上都有所提高,从而达到了算法改进的目的。     

基于图像块迭代和稀疏表示的超分辨率图像重建算法

针对待复原图像内容间差异和重建速度缓慢的问题,提出基于图像块迭代分类和稀疏表示的超分辨率图像重建算法。首先,根据阈值把图像迭代分块为三种不同形态。然后,对三种形态分别处理:在重建时,对4N×4N块利用双三次插值(BI)算法重建;对2N×2N块由K-奇异值分解(K-SVD)算法得到对应的高、低分辨率字典,通过正交匹配追踪(OMP)算法重建;对N×N块用形态成分分析(MCA)法分解为平滑层和纹理层,然后由各层相应的字典对通过OMP算法重建。将所提方法与基于稀疏基的方法、基于MCA的方法和基于两级与分频带字典的方法相比,所提算法在主观视觉效果、评测指标和重建速度上都有明显的改善。实验结果表明,该方法在图像的边缘块和不规则区域获得了更为精细的细节,重建效果更明显。     

基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪算法

基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪方法研究,在为后续的图像分析、识别以及较高层次的处理提供保证方面具有重要意义。针对遥感图像中存在非局部自相似性和稀疏性,在分析传统稀疏去噪模型的基础上,将具有相似结构的非局部块构建成组,用组作为稀疏表示单元,利用基于组正则化稀疏模型进行图像去噪。此外,针对采用整幅图像进行字典学习具有高计算复杂度,分析组特点,为每个组自适应学习一个字典。最后,为获得有效的去噪结果,利用迭代收缩阈值算法解决L0最小化问题。以"资源三号"遥感图像为数据进行实验,结果表明,该算法能较好地去除遥感图像的噪声,提高图像的峰值信噪比,保持图像结构信息。基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪算法能够充分利用图像块信息有效的去除图像中的噪声,提高图像质量。     

改进相似性度量模型的单幅图像自学习超分辨算法

在自学习超分辨算法中,高低分辨率图像块匹配是否准确是算法的关键。在高低分辨率图像块匹配过程中,考虑图像块纹理结构的重要性,提出了一种基于纹理约束的图像块相似性度量模型,应用该模型完成了高低分辨率图像块更为准确的匹配,使超分辨结果图像的细节更加丰富,进一步提高了图像质量。该算法仅使用了单幅低分辨率图像自身的相关先验信息,有效提升了图像的空间分辨率。实验结果表明,与双三次插值算法、自相似学习超分辨算法相比,本文提出的算法超分辨视觉效果更好,并且在客观评价指标中同样表现良好。     

基于多字典学习和图像块映射的超分辨率重建

针对单一冗余字典在稀疏表示图像超分辨率重建结果出现不清晰、伪影以及重建过程编码效率不高、运算时间过长的问题,提出一种基于多字典学习和图像块映射的超分辨率重建方法。该方法在传统稀疏表示的框架下,首先探索局部图像块的梯度结构信息,按梯度角度将训练样本块分类;然后为每个子类样本集学习高低分辨率字典对,再结合最近邻思想应用生成的字典,为每个子类计算从低分辨率块到高分辨率块映射的函数;最后将重建过程简化为输入块和映射函数的乘积,在保证提高重建质量的同时减少了图像重建的时间。实验结果表明,所提算法在视觉效果有较大的提升,同时与锚点邻域回归算法相比,评价参数峰值信噪比(PSNR)平均提高约0.4 dB。     

利用图像局部自相似性的超分辨率重构算法

图像超分辨率重构是指由低分辨率图像来获得高分辨率图像的过程。为了能够有效地重构出高分辨率图像,提出一种基于图像局部自相似性的超分辨率快速重构算法。该算法首先利用四叉树分割的知识对低分辨率图像进行自适应分块;然后利用低分辨率图像和高分辨率图像在局部区域内的自相似性,由最小二乘方法在各个局部区域自适应的选择插值所需的参数,从而在各个局部区域内进行插值;最后运用小波域的投影算子对插值得到的高分辨率图像进行全局优化,得到最终的高分辨率图像。实验结果表明,由该算法重构的高分辨图像有很好的视觉效果和峰值信噪比。     

基于非局部自相似性和低秩矩阵逼近的补全算法

针对传统矩阵补全算法在图像重建方面的不足，提出了一种基于非局部自相似性和低秩矩阵逼近（NL-LRMA）的补全算法。首先，通过相似性度量找到图像中局部块所对应的非局部相似块，并将相应灰度信息进行向量化，从而构建出非局部相似块矩阵；然后，针对所得相似矩阵的低秩性，对其进行低秩补全操作（LRMA）；最后，对补全结果进行重新组合，以达到恢复原始图像的目的。在灰度图像以及RGB图像上进行重建实验，结果表明：在经典数据集上，NL-LRMA算法要比原LRMA算法在平均峰值信噪比（PSNR）上高出4~7 dB；同时，新算法在视觉效果与PSNR值方面也明显优于迭代重加权核范数（IRNN）、加权核范数（WNNM）、LRMA等传统算法。总之，所提算法对传统算法在自然图像重建方面的不足进行了有效弥补，从而为图像重建提供了一种行之有效的解决方案。     

结合支持向量回归和图像自相似的单幅图像超分辨率算法

目的 基于学习的单幅图像超分辨率算法是借助实例训练库由一幅低分辨率图像产生高分辨率图像。提出一种基于图像块自相似性和对非线性映射拟合较好的支持向量回归模型的单幅超分辨率方法,该方法不需使用外部图像训练库。方法 首先根据输入的低分辨率图像建立图像金字塔及包含低/高分辨率图像块对的集合;然后在低/高分辨率图像块对的集合中寻找与输入低分辨率图像块的相似块,利用支持向量回归模型学习这些低分辨率相似块和其对应的高分辨率图像块的中心像素之间的映射关系,进而得到未知高分辨率图像块的中心像素。结果 为了验证本文设计算法的有效性,选取结构和纹理不同的7幅彩色高分辨率图像,对其进行高斯模糊的2倍下采样后所得的低分辨率图像进行超分辨率重构,与双三次插值、基于稀疏表示及基于支持向量回归这3个超分辨率方法重建的高分辨率图像进行比较,峰值信噪比平均依次提升了2.37 dB、0.70 dB和0.57 dB。结论 实验结果表明,本文设计的算法能够很好地实现图像的超分辨率重构,特别是对纹理结构相似度高的图像具有更好的重构效果。     

基于非局部自相似性和低秩矩阵逼近的补全算法

针对传统矩阵补全算法在图像重建方面的不足,提出了一种基于非局部自相似性和低秩矩阵逼近（NL-LRMA）的补全算法。首先,通过相似性度量找到图像中局部块所对应的非局部相似块,并将相应灰度信息进行向量化,从而构建出非局部相似块矩阵;然后,针对所得相似矩阵的低秩性,对其进行低秩补全操作（LRMA）;最后,对补全结果进行重新组合,以达到恢复原始图像的目的。在灰度图像以及RGB图像上进行重建实验,结果表明：在经典数据集上,NL-LRMA算法要比原LRMA算法在平均峰值信噪比（PSNR）上高出4~7 dB;同时,新算法在视觉效果与PSNR值方面也明显优于迭代重加权核范数（IRNN）、加权核范数（WNNM）、LRMA等传统算法。总之,所提算法对传统算法在自然图像重建方面的不足进行了有效弥补,从而为图像重建提供了一种行之有效的解决方案。     

基于残差神经网络的图像超分辨率改进算法

为更有效地提升图像的超分辨率（SR）效果,提出了一种多阶段级联残差卷积神经网络模型。首先,该模型采用了两阶段超分辨率图像重建方法先重建2倍超分辨率图像,再重建4倍超分辨率图像;其次,第一阶段与第二阶段皆使用残差层和跳层结构预测出高分辨率空间的纹理信息,由反卷积层分别重建出2倍与4倍大小的超分辨率图像;最后,以两阶段的结果分别构建多任务损失函数,利用第一阶段的损失指导第二阶段的损失,从而提高网络的训练速度,加强网络学习中的监督指导。实验结果表明,与bilinear算法、bicubic算法、基于卷积神经网络的图像超分辨率（SRCNN）算法和加速的超分辨率卷积神经网络（FSRCNN）算法相比,所提模型能更好地重建出图像的细节和纹理,避免了经过迭代之后造成的图像过度平滑,获得更高的峰值信噪比（PSNR）和平均结构相似度（MSSIM）。     

特征学习的单幅图像去雾算法

目的 雾霾天气使图像降质,严重影响军事、交通和安全监控等领域信息系统的正常运作,因此图像去雾具有重要研究意义。目前主流的单幅图像去雾算法主要利用各种与雾相关的颜色特征实现,但不同的颜色先验知识往往存在各自的场景局限性。为提高图像去雾的普适性,提出一种特征学习的单幅图像去雾方法。方法 首先通过稀疏自动编码机对有雾图像进行多尺度的纹理结构特征提取,同时抽取各种与雾相关的颜色特征。然后采用多层神经网络进行样本训练,得到雾天条件下纹理结构特征及颜色特征与场景深度间的映射关系,并估算出有雾图像的场景深度图。最后结合大气散射模型,根据场景深度图复原无雾图像。结果 与主流去雾算法的结果定性对比,复原后的图像细节更清晰,颜色更自然。采用均方误差和结构相似度定量评价各算法去雾结果与真实无雾图像的相似度,本文算法结果与真实无雾场景间的相似度最高,达到99.9%。结论 对实验结果的定性及定量分析表明,本文算法能有效获取有雾图像的场景深度,复原出视觉效果理想的无雾图像,且具有很好的场景普适性。     

基于自相似系数聚类的快速分形编码研究

自相似是分形理论中重要的特征,广泛地应用于分形图像编码.聚类分析是将数据对象分组成为多个类,在同一个类中的对象之间具有较高的相似度.通过对图像自相关模型的研究,提出了判断图像自相似性强弱的方法,定义了自相似系数来表征图像的自相似程度,并将自相似系数与聚类算法相结合,改进了分形图像编码,实验结果表明,该方法在不影响重建图像质量的情况下,加快了分形编码的速度.     

统一最小二乘规则的单幅图像超分辨算法

基于机器学习的超分辨方法是一个很有发展前景的单幅图像超分辨方法,稀疏表达和字典学习是其中的研究热点。针对比较耗时的字典训练与恢复精度不高图像重建,从减小低分辨率(LR)和高分辨率(HR)特征空间之间差异性的角度提出了一种使用迭代最小二乘字典学习算法(ILS-DLA),并使用锚定邻域回归(ANR)进行图像重建的单幅图像超分辨算法。迭代最小二乘法的整体优化过程极大地缩短了低分辨字典/高分辨字典的训练时间,它采用了与锚定邻域回归相同的优化规则,有效地保证了字典学习和图像重建在理论上的一致性。实验结果表明,所提算法的字典学习效果比K-均值奇异值分解(K-SVD)和Beta过程联合字典学习(BPJDL)等算法更高效,图像重建的效果也优于许多优秀的超分辨算法。     

改进的基于纹理特征的图像配准算法

针对图像纹理规则性与重复性及图像起始纹理分布的不一致性,依据VE4000检测系统的纹理特征配准算法达到配准目的。该算法自行设计标准单一模板,对单一模板进行裁剪与拼接技术达到了图像配准的目的,但是配准效果较差,在此基础上提出了改进的纹理特征配准算法,重新设计模板,拼接生成标准的参考图像,对参考图像进行匹配与裁剪以获取不同配准图像。实验结果证明,改进的基于纹理特征的配准算法运行时间短,配准误差小,能够很好满足缺陷检测的配准需求。