[發(fā)明專利]基于核回歸的單幀圖像快速超分辨率重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810063953.7
• 申請日: 2008-01-30
• 公開（公告）號: CN101226634A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 谷延鋒;張曄
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及圖像超分辨率重建的方法。

背景技術(shù)

空間分辨率是成像系統(tǒng)對圖像細節(jié)分辨能力的一種度量，也是圖像中目標細微程度的指標。然而在圖像獲取過程中，諸多因素均會導致圖像質(zhì)量的下降或退化。解決這一問題的一種有效方法就是超分辨率圖像重建。超分辨率圖像重建是近些年來出現(xiàn)的圖像處理方法，此類方法通過對圖像信息的估計、整合來獲取高分辨率圖像，是一種既經(jīng)濟又容易實現(xiàn)的圖像重建與分辨率增強的方法。圖像超分辨重建技術(shù)由退化的低分辨率圖像的二維各采樣值，經(jīng)過一系列的二維操作，提高其分辨率和對比度，以重建和逼近其原來的連續(xù)圖像。因為一幀不失真的數(shù)字圖像的像素數(shù)一般是相應的低分辨率數(shù)字圖像的像素數(shù)的數(shù)倍，所以超分辨率重建還意味著像素總數(shù)的增加，使圖像的大小和質(zhì)量都逼近于不失真的數(shù)字圖像。

從目前在該領域內(nèi)針對單幀圖像超分辨率重建存在的方法來看，大致可以分為兩大部分：傳統(tǒng)單幀圖像插值方法和基于邊緣的插值方法。現(xiàn)有的單幀圖像插值方法未能達到令人滿意的插值效果，且更多的是線性插值方法，無法達到更好的圖像自適應性。上述方法之所以不能夠達到令人滿意的處理效果的原因主要在于，這些方法不能夠較好地解決圖像質(zhì)量退化過程中存在的非線性因素(即造成圖像質(zhì)量退化的眾多因素在實際中并非是簡單的線性疊加，而是呈現(xiàn)出非線性特性)。為解決該問題，國外學者新近提出了核回歸理論，能夠用于單幀圖像的超分辨率重建。但該理論應用于實踐中有一個嚴重弊端，即它的計算量巨大，非常耗時。因此，目前急需一種既能夠具有強大的非線性數(shù)據(jù)處理能力，又能夠快速實現(xiàn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于核回歸的單幀圖像快速超分辨率重建方法，以克服已有核回歸單幀圖像的超分辨率重建方法計算量巨大、耗費時間長的缺陷。它包括下述步驟：一、把低分辨率圖像上的像素點映射到高分辨率網(wǎng)格中，并使上述像素點位于高分辨率網(wǎng)格的網(wǎng)格交點上；二、將高分辨率網(wǎng)格中剃除低分辨率圖像像素點占據(jù)的網(wǎng)格交點之外的網(wǎng)格交點，作為待估值像素點，并依據(jù)空間位置關(guān)系，將待估值像素點進一步分為兩類，第一類待估值像素點是高分辨率網(wǎng)格的交叉點中剔除位于低分辨率圖像像素點之間連線上的點后所剩余的待估值像素點；第二類待估值像素點是位于低分辨率圖像像素點之間連線上的待估值像素點；三、依次取出第一類待估值像素點，確定每個第一類待估值像素點的正方形鄰域像素集合，把正方形鄰域像素集合中各點的像素值代入核回歸方程進行計算，確定該待估值像素點的像素值并賦值給該點；四、依次取出第二類待估值像素點，確定第二類待估值像素點的菱形鄰域像素集合，利用菱形像素鄰域集合中各點的像素值代入核回歸方程進行計算，確定該待估值像素點的像素值并賦值給該點；五、當所有待估值像素點都賦值后輸出圖像。

本發(fā)明的核心是引入二維非線性核回歸進行插值點的估值、利用局部鄰域處理代替整幅圖像處理、采用即時更新策略，從而實現(xiàn)單幀圖像的超分辨率重建。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：(1)突破了現(xiàn)有基于線性插值的超分辨率圖像重建方法只具有線性效果、不能實現(xiàn)復雜的、非線性的超分辨率效果的技術(shù)難題；由于在回歸問題中，引入二維核函數(shù)，本發(fā)明方法具有突出的非線性處理性能，可大大提高超分辨處理能力，有效彌補目前現(xiàn)有技術(shù)的不足；圖3和圖4給出了一維情況下，核回歸插值方法同經(jīng)典方法B樣條曲線的比較。可以明顯看出，核回歸方法具有良好的自適應性和非線性處理能力，而B樣條曲線方法只能按照均勻分段的方式進行線性插值，無法根據(jù)待插值圖像區(qū)域具體信息進行自適應處理。(2)根據(jù)空間相關(guān)性原理，利用局部鄰域像素進行超分辨率重建，在保證重建圖像質(zhì)量的同時，本發(fā)明方法可大大提高超分辨圖像重建的處理速度。與國外學者提出的核回歸方法相比，在相同運算環(huán)境下，處理256×256大小的圖像，采用4×4的局部窗口，本發(fā)明的處理速度比國外方法節(jié)省了3個數(shù)量級，當窗口大小為16×16時，節(jié)省了近2個數(shù)量級，而超分辨率重建圖像質(zhì)量等同于或略高于國外方法得到的結(jié)果。

附圖說明