[發(fā)明專利]一種基于壓縮感知的高魯棒性圖像自適應(yīng)壓縮方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610129938.2
• 申請(qǐng)日: 2016-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105654530B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程恩;陳煒玲;袁飛;陳柯宇;朱逸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T11/00
• 分類號(hào): G06T11/00;H04N19/90
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

一種基于壓縮感知的高魯棒性圖像自適應(yīng)壓縮方法，涉及圖像處理。原始圖像預(yù)處理；初始化測(cè)量陣及權(quán)重因子；計(jì)算每個(gè)圖像塊的顯著度并更新權(quán)重因子；判斷每個(gè)小塊是否含目標(biāo)，并更新權(quán)重因子；根據(jù)顯著因子設(shè)計(jì)測(cè)量陣；圖像測(cè)量與傳輸；測(cè)量值修復(fù)；圖像重建。采用適用于時(shí)域不稀疏圖像的總變差范數(shù)，能夠檢測(cè)出特征并不顯著的目標(biāo)，適合對(duì)圖像進(jìn)行壓縮；做到空域直接測(cè)量，不需要先對(duì)圖像進(jìn)行變換等操作，采用的測(cè)量次數(shù)分配依據(jù)算法簡(jiǎn)單，避免了復(fù)雜耗時(shí)的操作，可以對(duì)高階譜的幅度大小設(shè)置閾值，來(lái)判斷圖像中目標(biāo)的有無(wú)，適合實(shí)時(shí)性要求較高的水下聲納圖像通信場(chǎng)景。有助于在不降低重構(gòu)圖像質(zhì)量的情況下，降低壓縮率，并提高魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理，尤其是涉及一種基于壓縮感知的高魯棒性圖像自適應(yīng)壓縮方法。

背景技術(shù)

由于圖像具有語(yǔ)音及文本難以表述的直觀效果，近年來(lái)圖像等多媒體業(yè)務(wù)逐漸成為通信研究的熱點(diǎn)，在惡劣信道條件下開(kāi)發(fā)優(yōu)化數(shù)字圖像和數(shù)字視頻系統(tǒng)是一項(xiàng)非常重要和富有挑戰(zhàn)的工作，圖像傳輸數(shù)據(jù)量巨大，且圖像質(zhì)量更多地以人的主觀感受為標(biāo)準(zhǔn)，故一種能夠在提高人的主觀感受的前提下的圖像壓縮方式具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

2006年，Dohono，Candes和華裔科學(xué)家Tao等人在信號(hào)逼近和稀疏表示等理論的基礎(chǔ)上建立了一種全新的信號(hào)采集理論即壓縮感知CS(Compressed Sensing)理論。如果某個(gè)向量只有少量的非零元素，就稱這個(gè)向量具有稀疏性。壓縮感知理論指出，只要信號(hào)在某個(gè)特定的變換域是稀疏的，那么就可以用一個(gè)與變換基不相關(guān)的觀測(cè)矩陣將高維信號(hào)投影到一個(gè)低維空間上，然后利用稀疏性的先驗(yàn)知識(shí)通過(guò)求解一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題從已知的少量投影值中以高概率重構(gòu)出原信號(hào)。對(duì)于條件惡劣的信道，由于壓縮感知具有通過(guò)較少的測(cè)量值重構(gòu)信號(hào)的特征，且測(cè)量值不具有重要性的區(qū)別，因此壓縮感知在惡劣信道條件下實(shí)現(xiàn)圖像的高魯棒性的壓縮傳輸具有一定優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)的基于壓縮感知的壓縮方法不考慮圖像的顯著特性，對(duì)具有不同顯著特性的圖像塊采用一樣的測(cè)量率，這樣的方法不能起到對(duì)人眼感興趣的顯著區(qū)域進(jìn)行特殊保護(hù)的作用。若能根據(jù)人眼不同的興趣程度區(qū)分圖像不同區(qū)域的顯著程度，根據(jù)該顯著程度自適應(yīng)分配不同塊的測(cè)量率，動(dòng)態(tài)調(diào)整每一塊的數(shù)據(jù)壓縮程度，能夠有效提高壓縮率及壓縮后圖像的視覺(jué)效果。

惡劣的信道條件會(huì)引起傳輸?shù)臏y(cè)量值出現(xiàn)損傷，受損的測(cè)量值在進(jìn)行重構(gòu)時(shí)會(huì)影響優(yōu)化結(jié)果，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)一定程度的劣化。由于測(cè)量值之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，且發(fā)展成熟的糾錯(cuò)編碼使得誤碼的位置信息可以獲得，故通過(guò)誤碼位置以及測(cè)量值之間的關(guān)聯(lián)性可以實(shí)現(xiàn)壓縮編碼的魯棒性增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)惡劣信道條件下的圖像傳輸設(shè)計(jì)存在的上述問(wèn)題，提供在實(shí)現(xiàn)圖像壓縮的同時(shí)，盡可能保證重要信息的保留，尤其是顯著性較弱目標(biāo)信息的保留，并加強(qiáng)壓縮方法的魯棒性的一種基于壓縮感知的高魯棒性圖像自適應(yīng)壓縮方法。

為方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先給出以下有關(guān)術(shù)語(yǔ)的定義：

定義1，引入總變差范數(shù)，采用共軛梯度法進(jìn)行的壓縮感知重建：

對(duì)于時(shí)域稀疏的信號(hào)f，本發(fā)明中f為一M行N列的矩陣，其壓縮感知重構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題可以用下式表達(dá)：

min||f||₁s.t.M₀f＝y(tǒng). (1)

式(1)中，M₀為測(cè)量陣，y為測(cè)量值。若要通過(guò)測(cè)量值用優(yōu)化的方法求得f的估計(jì)值則需要解下式：

采用共軛梯度法解決式(2)的過(guò)程可寫為式(3)：

其中μⁱ是迭代步長(zhǎng)，fⁱ代表第i次迭代所得的結(jié)果，▽L(fⁱ)定義如下：