基于低秩约束和字典学习的图像超分辨率重建

基于学习的超分辨率重建算法通过对图像的整体信息学习进行重建,没有对图像的内部结构信息特征进行分解考虑.基于图像的低秩稀疏分解理论,本文提出一种新的图像超分辨率重建算法.在研究图像矩阵的低秩部分与稀疏部分信息特征的基础上,结合图像自身蕴含的先验信息,本文分两步对图像恢复重建.首先,将图像的非局部自相似性先验信息引入图像的基本重建模型.在该模型下利用相似图像块矩阵的天然低秩性约束得到初始估计高分辨率图像.第二步,提出一种改进的字典学习算法恢复出初始估计高分辨率图像中缺失的高频成份信息,获得最终的高分辨率图像.为了使高频成份得到更好的恢复,在字典学习样本集的构建阶段应用了一种基于低秩稀疏分解理论的样本集构建方法.实验分析表明,本文提出的算法与现有主流算法相比,在主观视觉效果和客观性能分析上都能显示出更好的优越性.     

基于向量稀疏和矩阵低秩的压缩感知核磁共振图像重建算法

当前基于压缩感知理论的核磁共振图像重建算法大多仅利用图像数据的稀疏性或者低秩性,并没有同时利用图像的这两个性质.本文提出了一种基于向量稀疏性和矩阵低秩性的压缩感知核磁共振图像重建方法.该方法利用核磁共振图像中图像块的非局部相似性对求解优化模型的经典非线性共轭梯度算法进行改进.主要是在共轭梯度算法的迭代过程中对每一图像块寻找其相似块,由于相似块的像素组成的矩阵具有低秩性,因此利用矩阵低秩恢复算法对每一图像块进行更新.改进后的方法同时利用了图像数据的稀疏性和低秩性.实验结果表明,该方法相对于现有的具有代表性的图像重建算法相比,提升了重建图像的质量,具有较高的信噪比.     

基于卷积神经网络的图像超分辨率方法研究

结合认知构架ACT-R模型(Adaptive Control of Thought-Rational),基于邻域嵌入算法和深度学习的图像超分辨率重建方法,构建一个应用于超分辨率重建研究的ACT-R研究模型.在匹配阶段,根据低分辨率(Low Resolution,LR)测试图像的结构和内容特征,运用图像的多尺度相似性和非局部相似性,对图像进行特征提取;在选择阶段,把邻域嵌入算法分为两层,进行邻域图像块的寻找,同时构建一个端到端的深层门限卷积神经网络,把从匹配阶段得到的高分辨率无细节小图像块输入到卷积神经网络中并得到输出图像,将输出图像与高分辨率无细节小图像块相加得到该低分辨率小图像块对应的高分辨率小图像块,最后把高分辨率图像块组合成高分辨率(High Resolution,HR)图像.决策阶段,我们进行实验并与其他方法对比.结果表明,该模型对单帧图像具有良好的重建能力,在视觉效果上和客观评价标准上都取得了不错的效果,能够较好的重建低分辨率图像.     

基于结构相似度衡量的图像超分辨率重建

图像超分辨率一直都是图像处理领域的研究热点,提出了把图像质量评价方法用于图像超分辨率的方法.把结构相似性度量用于块匹配,搜索图像块的相似块,利用找到的相似块的加权平均重构高分辨率图像.在低分辨率图像上进行了有噪声,无噪声情况下的两种实验,实验结果证明本文提出的方法在相同实验条件下比TV,Sparsity,Softcut取得了更好的结果.进一步分析实验可以发现用结构相似度搜索图像的相似块,使得重构后的图像更加充分地保留了原图像的结构信息.本方法提供了处理图像的新思路,使得对图像质量评价的研究和图像处理的研究可以结合起来共同推动图像处理方法的创新.     

自适应估计模糊参数的最大后验概率超分辨率复原算法

为降低最大后验概率(MAP)超分辨率图像复原算法中模糊参数调整的复杂度,减少迭代运算量,提出了一种超分辨率复原新算法.先抽取一幅低分辨率图像作为参考图像,用其余低分辨率图像估计参考图像,通过训练模糊参数使估计的均方误差最小,自适应地估计最佳模糊参数.然后根据高分辨率图像和参考图像计算多项式之间的可类比性和估计误差变化的线性相关性,将训练结果直接用于超分辨率复原.复原时先利用最佳模糊参数将全部的低分辨率图像信息融合到高分辨率初始图像中,改进了复原运算的处理流程.相对于其他MAP复原算法,新算法不需要人工调整模糊参数,并且只需3次迭代即可获得稳定解,大大减少了迭代运算量.对真实图像序列的实验结果表明,新算法更好地保持了图像细节,复原图像的纹理更清晰.     

联合稀疏表示和总变分正则化的超分辨率重建方法

为提高基于稀疏表示的图像超分辨率重建的质量,该文提出了联合稀疏表示与总变分正则化的超分辨率重建算法。首先,在字典训练阶段,从具有相似统计特征的训练图片中获取图像块,作为训练字典的样本,并用K-SVD算法进行字典训练,得到高、低分辨率的字典。在稀疏编码阶段,根据局部稀疏编码模型求解出低分辨图像的稀疏表示系数,再利用稀疏表示系数和高分辨率字典对输入低分辨率图像进行重建,得到高分辨率图像。最后,将重建得到的高分辨率图像进行总变分正则化优化,进一步提高重建效果。仿真实验结果表明,该算法在客观评价指标和主观视觉效果上,图像质量都有明显提高。     

基于半耦合字典的快速图像超分辨率重建算法

为了提高图像超分辨率重建的效率与质量,考虑到高、低分辨率稀疏表示系数的不同,改进了锚定邻域回归算法,并结合半耦合字典学习算法提出了一种快速图像超分辨率重建算法.首先采用半耦合字典学习算法得到高分辨率字典、低分辨率字典及映射矩阵;再采用岭回归算法求解低分辨率稀疏表示系数,并根据高分辨率稀疏表示系数与低分辨率稀疏表示系数之间的映射关系,得到高分辨率稀疏表示系数;然后,根据输入图像块特征寻找字典中与其最相关的字典原子,计算该字典原子所对应的投影矩阵,进行超分辨率重建.仿真结果表明:提出的算法不仅在重建速度上表现更快,重建图像的质量也得到提高,在客观指标和主观效果上均取得更好的效果.     

基于单帧图像的超分辨率算法

随着稀疏编码与压缩传感理论的逐步发展,如何应用于图像的超分辨率成为研究热点之一.基于示例学习的算法,提出了一种新的超分辨率算法,其特点在于只基于低分辨率图像本身,没有额外的样本库,运用自然图像的自相似性与冗余性,学习低分辨率图像块与高分辨率图像块之间的函数关系.为了从图像中获取更加全面的信息,采用Guided滤波、一阶导数和二阶导数2种方法来提取特征.此外,提出了一种新的字典学习算法R-KSVD,并且改进了后项处理过程.实验结果显示,提出的算法具有较好的超分辨率效果和稳定性.     

基于SQI的超分辨率图像重建算法

提出了一种基于自商图像(Self Quotient Image-SQI)的超分辨率图像重建算法.该方法首先利用SQI提取光照不变量作为图像特征,并假设光反射分量具有分段平滑的特性,近似认为每一个小的图像块具有相同的增益系数;然后在流形学习的框架下,借助局部线性嵌套的思想构建高分辨率图像和低分辨率图像块间的关系,从而实现了超分辨率重建和图像增强.仿真结果表明,该算法有效地克服了传统方法受光照因素影响的缺点,在提高分辨率的同时克服了光照因素的影响,特别是对阴影效应的消除具有明显效果.     

基于POCS的高光谱图像超分辨率方法

高光谱图像得到了越来越广泛的应用,但较低的空间分辨率严重地影响着它的应用效果,其超分辨率方法受到学术界的高度重视,但一直没有得到很好的解决.为此,建立低分辨率资源图像与高分辨率目标图像之间的关系模型;引入关联感兴趣光谱端元的算子进行空间变换;应用凸集投影(POCS)算法实现超分辨率复原.实验表明,该超分辨率方法具有超分辨率效果好、复杂度低、抗噪声性能强和保护感兴趣类别等优点.     

一种基于神经网络的人脸图像超分辨率重构算法

提出了一种基于神经网络的超分辨率重构算法.首先用基于l1范数的最小全变分约束对输入的低分辨率图像进行去模糊处理,得到初始复原图像;再根据结构相似度原则选择初始复原图像在训练集中最相近的M幅图像,并加权求和作为神经网络的初始输出;结合贝叶斯后验概率,用RBF神经网络进行迭代训练,最后输出复原的高分辨率图像.算法充分利用了不同人脸图像之间的相似性,并加入了最小全变分约束,以保持图像边缘的奇异性及非边缘的平滑性.实验结果表明:算法能有效提高下采样及模糊人脸图像的分辨率,具有一定的实用价值.     

基于低秩和全变差正则化的图像压缩感知重构

为了解决基于低秩正则化的图像压缩感知重构算法不能充分利用图像局部梯度稀疏特性的问题,提出了一种基于低秩与全变差正则化的图像压缩感知重构算法.首先,通过图像块匹配法寻找结构相似的图像块,组成非局部相似块组;其次,联合相似块矩阵低秩与图像梯度稀疏先验组成正则化项,结合传统的压缩感知模型形成新模型;最后,采用交替方向乘子法实现图像的重构.测试图像为自然灰度图像,为了验证算法的有效性,从主观视觉和峰值信噪比两方面进行对比.试验结果表明,和基于低秩正则化的图像压缩感知算法相比,该算法在准确描述图像非局部自相似性结构特征的前提下提高了重构质量,重构的图像在峰值信噪比上平均提升1 d B.     

基于学习的人脸图像超分辨率重构算法

提出了一种新的基于学习的人脸图像超分辨率重构算法,利用高分辨率图像和低分辨率图像的拓扑结构相似性,将现有的低分辨率人脸图像在低分辨率人脸图像字典中展开,在保持系数不变的同时将字典换为高分辨率人脸图像字典,最终得到待重构的高分辨率人脸图像.在系数估计时,使用主成分分析的方法,同时加入了最小全变分作为约束,算法充分利用了不同人脸图像之间的相似性和人脸图像本身的内部相关性.实验结果表明,结果既保持了对原有图像的忠实性,又比较适合人眼观察.     

基于图像块相似性和补全生成的人脸复原算法

图像获取过程中,由于成像距离、成像设备分辨率等因素的限制,成像系统难以无失真地获取原始场景中的信息,产生变形、模糊、降采样和噪声等问题,针对上述情况下降质图像的复原问题,提出了适用于低分辨率,低先验知识情况下的人脸复原方法,通过基于图像相似性的期望块log相似性EPLL (expected patch log likelihood)框架来构建人脸复原效果的失真函数,利用生成对抗网络的图像补全式生成过程来复原图像。所提算法在加噪率50%以及更高情况下可以保持较好的人脸图像轮廓与视觉特点,在复原加噪20%的降质图像时,相比传统的基于图像块相似性的算法,本文算法复原结果的统计特征峰值信噪比PSNR (peak signal-noise ratio)与结构相似度SSIM (structural similarity)值具有明显优势。     

基于投影的静态超分辨率优化算法研究

图像超分辨率复原是指从获取的一幅或多幅低分辨率图像,通过相应的图像超分辨率算法来获得一幅清晰的高分辨率图像。本文提出使用投影法优化现有的超分辨率算法,并与插值方法进行比较,最后得出实验结果。     

基于双重字典及联合特征的遥感图像超分辨率算法

为了解决低分辨率遥感图像超分辨重建的问题,本文提出了一种基于双重字典及联合特征的遥感图像超分辨率算法.超分辨率重建技术目的就是根据低分辨率图像重建出原始高分辨率图像的高频信息.本文将图像的高频信息分解成为主高频信息和残差高频信息两个部分,然后针对主高频信息和残差高频信息,分别训练主高频字典和残差高频字典,并结合稀疏表示方法对图像进行重构.同时,为了建立更能反映图像内部结构信息的字典,本文联合图像的不同的结构特征,建立统一的字典.本文算法对图像取得较好的复原效果,复原出的高分辨率图像更接近于真实图像,与其他方法相比具有更好的主观和客观质量.     

基于局部结构相似与稀疏表示的超分辨率图像重建

稀疏表示在图像超分辨率(super-resolution, SR)重建中表现良好,但是传统的稀疏表示方法独立考虑图像块之间的稀疏性,会导致重建图像损失部分纹理结构。文章提出了一种基于局部结构相似与稀疏表示的SR图像重建算法。该算法利用局部几何结构相似的约束模型和L_1范数正则化的稀疏表示来求解图像块在低分辨率字典下的稀疏表示,以此重建高分辨率图像块。实验结果表明,该算法比传统稀疏表示方法能更好地恢复图像纹理结构,并在重建效果上具有明显的优越性。     

基于改进的邻域嵌入算法的图像超分辨率研究

本文提出了一种基于改进的邻域嵌入算法的图像超分辨率重建方法,基本思路是同时利用低分辨率图像自身和外部训练集的信息指导高分辨率图像的重建.邻域嵌入算法往往要求训练图像库包含广泛的细节信息,重建质量取决于测试图像和训练图像的相似程度,当在图像库中找不到相似的训练图像块时,重建结果局部就会出现失真或模糊,而且在此过程中低分辨率测试图像本身所含的先验信息常被忽视.针对此类问题,本文引入图像的多尺度相似性,即不同尺度的图像所包含的局部结构相似,同时在寻找近邻图像块时采用双层寻找的方式,并将固定的邻域数目K改为设定固定阈值.实验结果表明,本算法不仅能够减小测试图像对训练图像集的依赖,而且能够克服重建过程中欠拟合和过拟合造成的失真,具有较快的运行速度.     

基于改进SRResNet深度学习网络的低照度图像超分辨率重建方法

为解决低照度条件下低分辨率图像的超分辨率重建问题,提出一种基于改进超分辨率残差网络(super-resolution residual networks, SRResNet)深度学习网络的低照度图像超分辨率重建方法。通过将读取的图像下采样、亮度降低等处理生成低照度低分辨率图像,并将该图像与高分辨率图像作为数据对输入学习模型,以便改进SRResNet的训练数据对的生成方式,优化训练过程,从而构建面向单帧低照度彩色图像的基于改进SRResNet训练的超分辨率重建方法。实验结果表明：与现有流行的图像超分辨率重建方法相比,该方法的峰值信噪比(peak signal to noise ratio, PSNR)、结构相似性(structural similarity, SSIM)指标整体为最优,低照度环境下的超分辨率重建图像更为清晰明亮、细节更丰富,该方法训练出的深度学习网络的重建效果更好。     

基于位置约束的参考图引导的遥感影像超分辨率网络

在遥感对地观测领域中,往往需要对生态或地质环境进行长时间跨度的监测.然而,仅通过卫星拍摄的高分辨率影像来实现在长时间跨度范围内对同一位置区域的覆盖是较为困难的.因此,之前的研究多采用单图像超分辨率算法来对低分辨率影像进行重建.但单张低分辨率影像中的信息是有限的,所以该类算法的重建结果往往较为平滑和模糊.实际上,对于同一位置区域而言,通常可以获取到来自不同卫星在不同时间段拍摄的多幅分辨率不同的遥感影像.其中的高分辨率影像可以作为低分辨输入在重建过程中的参考影像.因此,提出了一种基于位置约束的参考图引导的遥感影像超分辨率网络.该网络首先通过一个基于位置编码的纹理转换模块来实现参考图像与低分辨率图像之间的相似特征块匹配.同时引入位置约束,即根据低分辨率输入中邻近元素所对应的参考相似块的聚合度来对转换后的参考图像进行编码,从而提高匹配的准确度.同时,还提出了一种基于通道注意力机制的多尺度特征自适应融合模块,该模块有效提高了网络在进行跨尺度特征融合时的特征表达能力,进一步提高了网络的重建性能.实验结果表明,相较于其他新近的超分辨率方法,该网络在4×和8×超分辨率任务上均表现出了更为优越的重建性能...