基于深度学习的图像超分辨率重建方法综述

图像超分辨率重建(super-resolution, SR)是指从观测到的低分辨率图像重建出相应的高分辨率图像,在目标检测、医学成像和卫星遥感等领域都有着重要的应用价值.近年来,随着深度学习的迅速发展,基于深度学习的图像超分辨率重建方法取得了显著的进步.为了把握目前基于深度学习的图像超分辨率重建方法的发展情况和研究热点,对一些最新的基于深度学习的图像超分辨率重建方法进行了梳理,将它们分为两大类(有监督的和无监督的)分别进行阐述.然后,在公开的数据集上,将主流方法的性能进行了对比分析.最后,对基于深度学习的图像超分辨率重建方法进行了总结,并对其未来的研究趋势进行了展望.     

基于快速残差插值和卷积神经网络的去马赛克算法

针对传统插值法存在的图像细节不能很好恢复的不足,利用卷积神经网络作为残差插值法的后处理操作,提出了一种基于残差插值和卷积神经网络的去马赛克算法。方法分为初始去马赛克和细节恢复后处理两部分。先用改进的基于梯度的快速残差插值法实现初步去马赛克插值,并针对恢复图像中包含了彩色伪影,细节丢失等问题,再使用深度残差网络学习恢复图像与理想全彩色图像之间的映射,实现后处理。在Kodak数据集和IMAX数据集上的实验结果表明,该方法结果在主观视觉特性和客观评价指标两方面相较于传统方法都有明显改进。     

基于SLIC超像素的茶叶嫩芽图像分割方法研究

准确识别茶叶嫩芽是实现茶叶智能采摘的前提。针对自然环境下的茶叶嫩芽图像分割受天气、光照等因素影响较大,提出基于SLIC超像素的嫩芽分割方法。提取R、G、B、H、S、V、Y、Cb、Cr、超红、超绿、Cg、R-B、G-B共14个颜色分量,分析发现以超红、Cg和G-B三分量合成彩图中嫩芽与背景对比度较大,作为待分割对象图;利用SLIC超像素分割算法获取超像素块,并对每个超像素块提取平均横坐标、平均纵坐标、平均超红、平均Cg、平均G-B 5个特征作为分割依据;利用阈值分割、小目标去除、填充和"逻辑与"等操作,得到茶叶嫩芽彩色分割图。对不同地域、不同环境下嫩芽图像进行实验表明,基于SLIC超像素的嫩芽分割平均分割精度达75.6%,较传统G-B阈值分割平均精确度高16.6%。该方法不仅能抑制光照等因素对茶叶图像的影响,还能有效分割茶叶嫩芽,鲁棒性较强。     

各向异性全变分图像去噪算法

图像去噪是图像复原问题中的重要研究内容之一,在此过程中图像的高频部分易受到破坏。针对这一情况,通过引入不同的权重参数惩罚x与y方向上的梯度算子,提出修正的各向异性全变分去噪模型。引入的权重参数具有局部自适应性,可以使模型对应欧拉方程在图像切线与法向方向的扩散具有更鲁棒的各向异性扩散能力,可以达到保护图像细节的目的。另外,提出的模型是具有可分裂结构的非光滑凸优化问题,采用算子分裂技术将其转化为多个易求解的子问题,并在交替方向乘子法的框架下求解,从而保证了算法在理论上的收敛性。与现阶段其他变分型的复原模型相比,所提出的模型在有效抑制噪声的同时能有效地保持图像的局部结构特征。对于分块效果明显,噪声水平较低的图像去噪结果十分显著;对于分块效果不明显,图像细节较多的图像,该模型依然有效。     

基于相似度模型耦合角度制约规则的图像匹配算法

为了克服当前图像匹配方法主要通过测量距离的方法来实现图像匹配,忽略了图像间的相似度,导致算法存在错误匹配较多以及鲁棒性较差的问题。本文提出了基于相似度模型耦合角度制约规则的图像匹配算法。采用FAST检测方法对图像特征进行检测,快速获取鲁棒特征点,以改善算法的匹配正确率。随后,利用SURF特征描述机制,通过计算特征圆域内的Haar小波响应值,对特征点进行描述。引入结构相似度SSIM(structural similarity index measurement)模型,将其与欧氏距离模型相结合,构造相似度模型,从结构相似度与测量距离两方面出发,将特征点进行粗匹配。最后,利用特征点的余弦关系,求取特征点间角度,建立角度制约规则,对粗匹配结果完成优化。实验结果显示:与典型的匹配方法相比,该算法具有更好的匹配性能较好,在多种几何变换下仍具有理想的匹配精度。     

基于深度卷积神经网络的水稻病害图像识别研究

水稻病害类型多,采集过来的图像病斑交界特征复杂多变。即便同类别水稻病害在不同的生长时期,发生在叶片、茎秆、穗部等部位呈现的病斑特征也不一样,而且不同类型病害也存在相似病斑,这些都给水稻病害图像的精准识别带来了相当大的困难。采用深度卷积神经网络模型,使用数据集扩增技术,运用fine-tune方法对网络进行调参及构建,将自然场景下采集的常见8类水稻病害图像输入网络模型中进行训练和测试,在有限的图像数量下取得较高的识别精度,其中纹枯病的准确率为93%。不同于其他方法仅聚焦在水稻叶部或稻穗部,本文识别的图像是多株水稻的场景,可为水稻病害远程自动诊断提供关键技术支持。     

基于深度残差网络的医学超声图像多尺度边缘检测算法

为提高医学超声图像在临床诊断的效果, 需先对图像进行优化检测和识别, 提出一种基于深度残差网络的医学超声图像多尺度边缘检测算法. 首先, 通过对原始医学超声图像进行自动标注, 构建医学超声图像灰度分布矩阵, 利用分布矩阵完成医学超声图像的多尺度分割; 其次, 构建医学超声图像多尺度边缘的轮廓模型, 提取多尺度图像边缘特征; 再次, 构建深度残差网络结构, 采用深度残差学习算法进行超声图像的底层图像信息融合; 最后, 对融合后的边缘图像数据进行多尺度边缘检测. 实验结果表明, 该算法的图像分割精度高, 特征提取准确率达80%以上, 图像边界中间断区检测效果较好, 边缘点查全性较高, 算法检测耗时短、收敛性强.     

雨天图像中目标显著性检测算法设计与效果评价

雨天条件下,图像中目标的许多特征被掩盖,使得户外图像应用系统效能发挥受到严重的影响。为了提高雨天条件下图像中目标检测的质量,通过综合分析雨天图像中的目标特征,发现其亮度颜色信息、色彩差异信息和暗通道先验信息对目标的显著性具有高敏感度,进而提取了雨天图像中目标的显著性特征,构建了基于混合特征的目标显著性检测模型,最后通过多个评价指标的效能评估实验,与经典算法进行对比,验证了本文算法的有效性。     

具有水样采集功能的观测型水下机器人的设计

为改善现阶段渔业养殖、 水下环境监测、 水质检测等领域人员作业困难、 效率低下的问题, 设计了一款具有水样采集功能的观测型水下机器人, 该设计搭载了传感器和水样采集装置采集水体环境信息。 首先进行了水样采集实验, 验证其运动能力和水样采集能力。 然后针对自然水域采集的图像, 采取动态阈值白平衡的方法, 去除光源强度和色偏的影响。 最后使用对比度拉伸、 直方图均衡、 限制对比度自适应直方图均衡(CLAHE:Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization)3 种算法进行图像增强, 选取对比度、 信息熵和平均梯度进行像质评价。 实验结果表明, 该设计具有操作灵活, 交互性强的特点,CLAHE 方法明显提升了水下图像细节, 为科研实验、 水下探测和环境保护等方面提供了新途径。     

一种空间域自适应低失真防篡改图像数字水印方案

为提高嵌入水印后的图像质量,提出一种空间域自适应低失真防篡改图像数字水印方案。该方案的水印嵌入位置由混沌密钥确定,以使水印能均匀、随机嵌入到图像的各个部位;采用S LSB算法将水印嵌入到图像像素的次低位,使其能够抵抗一些非恶意的图像水印攻击。该嵌入算法下水印图像的峰值信噪比（peak signal to noise ratio, PSNR）由水印长度和混沌位置密钥决定。为提高水印图像的质量,在给定水印的情况下,自适应地调整水印位置密钥,使水印图像的PSNR达到给定的要求;为降低算法的运算量,快速完成混沌位置密钥的自适应调整,进一步提出分段自适应水印算法。实验表明,该算法能够获得满足应用需求的PSNR,且对一些常用篡改操作能给出篡改率和篡改位置。