[發明專利]基于幾何結構特征和自相似性的圖像壓縮感知重構方法

有效

• 申請號: 201410376417.8
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104112286B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 林樂平;歐陽寧;莫建文;袁華;張彤;首照宇;陳利霞
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T9/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 巢雄輝

1.基于幾何結構特征和自相似性的圖像壓縮感知重構方法，包括圖像壓縮觀測、圖像的稀疏表示和壓縮感知重構，且利用圖像塊之間的相似性重構每個圖像塊，其特征在于：還包括結合幾何結構特征進行壓縮感知重構，步驟包括：

步驟1：估計每個圖像塊的幾何結構特征，判定它的結構類型為光滑圖像塊、單方向圖像塊或隨機圖像塊；

步驟2：為每個圖像塊進行非局部相似匹配，找到一組與其具有相同結構類型的相似圖像塊，即它的非局部相似塊；

步驟3：根據每個圖像塊的結構類型指定它的稀疏字典或重構方式，分別將各個圖像塊和它的非局部相似塊的壓縮觀測向量共同作為優化目標，利用同步正交匹配追蹤算法重構該圖像塊：

步驟4：為每個圖像塊進行非局部和局部相似匹配，找到一組它的局部相似塊；

步驟5：每個圖像塊以及它的非局部相似塊和局部相似塊已經獲得的一組重構估計值組成該圖像塊的初始解集，分別優化初始解集里的每個解，并從優化后獲得的候選解集中選擇最優者作為圖像塊的最終重構估計值；

步驟6：將圖像塊按順序拼接起來，得到重構圖像；

在步驟1，計算各個圖像塊的壓縮觀測向量的方差，設定平滑閾值為所有方差的平均值的0.4倍，將壓縮觀測向量的方差小于平滑閾值的圖像塊判定為光滑圖像塊，其他圖像塊判定為非光滑圖像塊；

對非光滑圖像塊再進行如下判定：將事先得到的過完備字典D中具有相同方向參數的字典原子組成一個方向字典，共得到36個方向字典：D₁,D₂,…,D₃₆；對一個非光滑圖像塊，以圖像塊的壓縮觀測向量為重構目標，分別以D₁,D₂,…,D₃₆為稀疏字典，設定稀疏度為10，利用正交匹配追蹤算法進行重構，得到36個重構殘差值：R₁,R₂,…,R₃₆；找到其中的最小值R_j，如果R_(j+1)％N和R_(j-1)％N均大于1.2R_j，那么認為該圖像塊的方向與方向字典D_j的方向一致，并將該非光滑圖像塊判定為單方向圖像塊，否則，將該非光滑圖像塊判定為隨機圖像塊；其中％是取余數操作；

在步驟3，包括：

3.1、將事先得到的過完備字典中，尺度參數不小于0且不大于1.4的原子挑選出來，構造成字典D_s，其他不滿足條件的字典原子，構造成字典D_n；

3.2、重構一個圖像塊時，將它和它的非局部相似塊的壓縮觀測組合成Y，根據該圖像塊的結構類型，執行以下相應步驟：

3.2.1、如果圖像塊為光滑圖像塊，以D_s為稀疏字典，以Y為優化目標，利用同步正交匹配追蹤算法獲得該圖像塊的重構估計值；

3.2.2、如果圖像塊為單方向圖像塊，將與該圖像塊的方向一致的方向字典作為稀疏字典，以Y為優化目標，利用同步正交匹配追蹤算法獲得該圖像塊的重構估計值；

3.2.3、如果圖像塊為隨機圖像塊,首先以D_s為稀疏字典，以Y為優化目標，利用同步正交匹配追蹤算法獲得該圖像塊的第一部分重構估計值，并計算重構殘差其中，Φ是壓縮觀測矩陣，s是用同步正交匹配追蹤算法獲得的稀疏系數值，||·||₂表示計算向量的二范數值；然后以D_n為稀疏字典，以Y_r為優化目標，利用同步正交匹配追蹤算法獲得該圖像塊的第二部分重構估計值；最后將第一部分和第二部分的重構估計值相加，得到該隨機圖像塊的重構估計值。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：在步驟2，對每個圖像塊，找出與其具有相同類型的其他圖像塊，分別計算該圖像塊的壓縮觀測向量與這些圖像塊的壓縮觀測向量之間的歐式距離，將前n₁個較小的歐式距離對應的圖像塊作為該圖像塊的非局部相似塊。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：在步驟4，將各個圖像塊的八個相鄰圖像塊作為該圖像塊的局部相似塊。