[發(fā)明專利]基于全變分迭代反向投影的單幀圖像空間分辨率增強(qiáng)方法

無效

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• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN102222320A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴睿;楊銀堂;王炳健;周慧鑫;秦翰林
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種數(shù)字圖像復(fù)原方法，具體涉及的是基于全變分迭代反向投影的單幀圖像空間分辨率增強(qiáng)方法，適合用于單幀圖像的空間分辨率增強(qiáng)。

背景技術(shù)

高空間分辨率的圖像能夠提供更豐富的場景細(xì)節(jié)信息，因而成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)影像、遙感遙測、多媒體通信以及光電顯示等應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需求。然而許多成像系統(tǒng)受其物理?xiàng)l件的限制，所獲取圖像的空間分辨率較低。提高成像分辨率最直接的途徑就是通過增加探測元密度以實(shí)現(xiàn)空間采樣率的提升。而高密度圖像傳感器的研制涉及到多個基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，難以在短時間內(nèi)完成；此外，隨著探測元尺寸的減小，散彈噪聲將會嚴(yán)重影響成像信噪比，探測元尺寸的下限也受到限制。可見，采用改善成像裝置硬件的方法獲取高分辨率圖像，成本高且難于實(shí)現(xiàn)。而采用基于現(xiàn)代信號處理的超分辨率復(fù)原技術(shù)，無需改變成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，僅通過計算機(jī)軟件處理就能提高圖像的高空間分辨率，是一種低費(fèi)效比的方法。

超分辨率復(fù)原方法分為：序列幀超分辨率方法和單幀超分辨率方法兩類。其中，前者利用幀間的亞像素平移提供的大量冗余信息重建高分辨率圖像，但此類方法需進(jìn)行大量的相關(guān)運(yùn)算和數(shù)據(jù)吞吐操作，且需要大容量的外部存儲空間，從而導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理。因此，在實(shí)時性要求較高的應(yīng)用中多采用單幀超分辨率方法。

單幀超分辨率方法通過引入約束條件發(fā)掘附加信息以恢復(fù)成像過程中損失的高分辨率細(xì)節(jié)。現(xiàn)有的單幀超分辨率方法通常可分為基于實(shí)例和基于插值兩類。基于實(shí)例的方法可產(chǎn)生高分辨率的細(xì)節(jié)，但計算復(fù)雜度較高；基于插值的方法計算簡單執(zhí)行效率高，但會導(dǎo)致圖像邊緣模糊。為了使基于插值的超分辨率方法所產(chǎn)生圖像邊緣更加清晰，許多改進(jìn)算法被提出來。例如，邊緣方向插值，該方法需要去模糊的后處理過程，然而對邊緣的精確定位本身就難以實(shí)現(xiàn)。此外，迭代反向投影方法同時實(shí)現(xiàn)了插值和去模糊，然而此方法卻會在所獲得圖像的邊緣處產(chǎn)生棋盤和振鈴效應(yīng)，從而影響到超分辨率復(fù)原效果。顯然，上述方法對圖像邊緣特征保持方面還存在不足，不利于圖像的高分辨率細(xì)節(jié)恢復(fù)。因此，針對如何保持圖像的邊緣特征，尋求一種有效而可靠的方法對單幀圖像超分辨率復(fù)原就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的是在于將全變分方法引入到迭代誤差的正則化過程中，提出了一種新穎的基于全變分迭代反向投影的單幀圖像空間分辨率增強(qiáng)方法，以減小圖像高分辨率估計值與實(shí)際值之間的偏差，提高復(fù)原圖像邊緣和紋理的清晰度。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：針對單幀圖像超分辨率復(fù)原中邊緣特征保持的要求，引入全變分方法以正則化迭代誤差，將全變分方法與迭代反向投影超分辨率方法相結(jié)合，具體步驟如下：

(1)利用雙線性插值方法對低分辨率圖像I^l進(jìn)行插值，獲取高分辨率圖像的估計值

(2)利用退化模型對進(jìn)行包括模糊和下采樣的降質(zhì)處理，而后與低分辨率圖像I^l作差，計算出反向投影誤差e。

(3)利用雙線性插值方法對反向投影誤差進(jìn)行插值，獲取上采樣的投影誤差值e^z。

(4)利用全變分方法對投影誤差e^z進(jìn)行正則化，得到修正后的上采樣投影誤差e^TV。

(5)利用e^TV對高分辨率圖像的估計值進(jìn)行修正，得到反向投影后的高分辨率圖像I^BP。

(6)再次利用全變分方法對I^BP進(jìn)行正則化，得到全變分反向投影處理后的高分辨率圖像I^TV。

(7)將I^TV反饋到步驟(2)中取代進(jìn)行下一輪的反向投影和正則化處理。