[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于二維子空間追蹤的圖像重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410759371.8
• 申請(qǐng)日: 2014-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104599298B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方勇;霍迎秋;田彩麗;劉亞允
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T11/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T11/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像信號(hào)傳輸解碼端圖像重構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二維子空間追蹤的圖像重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

基于壓縮感知理論的信號(hào)傳輸方案中，編碼端的編碼器對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮采樣，然后進(jìn)行信道編碼，將碼流通過(guò)信道傳送到接收端；接收端的解碼器通過(guò)譯碼算法重構(gòu)出原始信號(hào)。這是典型的一維信號(hào)傳輸方案。針對(duì)圖像信號(hào)，目前大部分的實(shí)現(xiàn)方案是編碼器將圖像拉伸為一維信號(hào)，然后采用一維信號(hào)的處理方法對(duì)圖形進(jìn)行采樣、編碼、解碼等。這種方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是忽略了圖像的二維特性，如局部平滑的特征。于是方勇教授提出了二維正交匹配追蹤(Two Dimensional Orthogonal Matching Pursuit，2D-OMP)重構(gòu)算法，基于2D-OMP重構(gòu)算法的圖像傳送方案在編碼端充分利用圖像的二維特征對(duì)圖像進(jìn)行二維壓縮采樣，然后進(jìn)行信道編碼，將碼流傳送到解碼端；解碼端的譯碼器基于2D-0MP算法對(duì)圖像進(jìn)行二維重構(gòu)，這種方法具有圖像重構(gòu)速度快、實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)。但是缺點(diǎn)是重構(gòu)出來(lái)的圖像可視化效果不好，為后續(xù)的圖像處理工作帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。本發(fā)明主要針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，引入回溯思想提出了一種新的二維子空間追蹤(Two Dimensional Subspace Pursuit，2DSP)重構(gòu)算法。主要目的是提高解碼端重構(gòu)算法的重構(gòu)質(zhì)量，為后續(xù)圖像處理工作提供更好的基礎(chǔ)。

基于2D-OMP重構(gòu)算法的圖像壓縮傳感方案，是實(shí)現(xiàn)圖像二維壓縮、重構(gòu)的一種信號(hào)傳輸方案。2D-OMP是方勇教授于2012年提出的一種圖像二維重構(gòu)算法。主要針對(duì)一維壓縮感知重構(gòu)算法進(jìn)行了擴(kuò)展。在2D-OMP重構(gòu)算法中，圖像被視為若干個(gè)最匹配的二維原子的加權(quán)和。根據(jù)這個(gè)思路，圖像的重構(gòu)工作即是在二維超完備字典中尋找最匹配的若干個(gè)原子，待找到這些原子之后，通過(guò)最小二乘法更新原子的權(quán)值，加權(quán)和即為重構(gòu)出來(lái)的圖像。

基于2D-OMP重構(gòu)算法的圖像壓縮傳感方案，編碼端的主要工作：

首先通過(guò)二維單獨(dú)采樣，對(duì)圖像信號(hào)的行和列單獨(dú)進(jìn)行壓縮采樣。假設(shè)圖像信號(hào)為：X∈R^n×n，Ψ∈R^n×n為稀疏變換矩陣，Φ∈R^m×n為測(cè)量矩陣，其中m＜n，則壓縮采樣結(jié)果為：Y＝AXA^T，其中A＝ΦΨ。壓縮采樣之后進(jìn)行信道編碼，通過(guò)信道將碼流傳送到解碼端。

解碼端的主要工作：

首先通過(guò)信道譯碼算法對(duì)接收到的二進(jìn)制碼流進(jìn)行譯碼，然后通過(guò)2D-OMP重構(gòu)算法重構(gòu)出原始圖像。

圖像重構(gòu)的主要步驟如下：

1)將采樣結(jié)果矩陣Y映射到二維超完備字典中，以尋找最匹配的二維原子，記錄原子的索引值，建立最匹配的原子的支撐集。

2)通過(guò)二維原子支撐集，采用最小二乘的方法計(jì)算出原始圖像的估計(jì)值。

3)通過(guò)圖像的估計(jì)值，計(jì)算殘差矩陣。

4)計(jì)算殘差是否滿(mǎn)足精度要求，如滿(mǎn)足即為重構(gòu)出來(lái)的原始圖像；如不滿(mǎn)足，則轉(zhuǎn)步驟1)繼續(xù)尋找最匹配的原子。

上述基于2D-OMP重構(gòu)算法的傳輸方案主要缺點(diǎn)是：圖像的重構(gòu)質(zhì)量不高，圖像的畫(huà)面紋理不清晰，可視化效果差，不利于后續(xù)的圖像處理工作。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)解碼端的2D-OMP重構(gòu)算法重構(gòu)質(zhì)量不高，重構(gòu)圖像畫(huà)面紋理不清晰的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的圖像重構(gòu)方法，旨在提高解碼端的圖像重構(gòu)質(zhì)量，為后續(xù)圖像處理工作提供更好的基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于二維子空間追蹤的圖像重構(gòu)方法，包括如下步驟：

S1、解碼端接收編碼端發(fā)送的數(shù)據(jù)；

S2、將步驟S1接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信道譯碼；

S3、將信道譯碼的結(jié)果賦值給殘差矩陣，將殘差矩陣投影到二維超完備字典上，尋找最匹配的原子；

S4、計(jì)算殘差到每個(gè)二維原子的投影值，然后按照設(shè)定的篩選規(guī)則找出最匹配的k個(gè)原子，與支撐集中的k個(gè)二維原子合并，優(yōu)選出最匹配的k個(gè)原子重建支撐集；

S5、基于支撐集中已選擇的k個(gè)最匹配的二維原子，采用最小二乘法建立原始圖像的估計(jì)值；

S6、計(jì)算殘差，根據(jù)設(shè)置的精度條件判斷殘差是否滿(mǎn)足，如滿(mǎn)足精度條件則重構(gòu)結(jié)束；如不滿(mǎn)足，則算法跳轉(zhuǎn)至步驟S4，再次尋找最匹配的k個(gè)原子，然后重新進(jìn)行估計(jì)，直至重構(gòu)出來(lái)的圖像滿(mǎn)足精度要求。

其中，所述步驟S4中投影值的計(jì)算公式為