[發明專利]一種快速圖像超分辨率重構方法

有效

• 申請號: 201611120441.0
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106709872B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 熊志輝;譚瀚霖;張政;賴世銘;王煒
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陳立新

1.一種快速圖像超分辨率重構方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.準備對應的高、低分辨率圖像數據庫，將彩色圖像轉化為灰度圖像。

隨機選取任一自然圖像測試集中的不少于50張圖像，選取的這些圖像組成高分辨率圖像數據庫；然后將選取的所有圖像按照β:1比例降采樣得到對應的低分辨率圖像，這些低分辨率圖像組成低分辨率圖像數據庫；

將高、低分辨率圖像數據庫中的圖像轉化為灰度圖像，并將得到的高、低分辨率的灰度圖像分別劃分為的圖像塊，其中N為高、低分辨率圖像分塊的像素數；

S2.利用劃分的圖像塊，分別訓練低分辨率字典D_l∈R^N×n和高分辨率字典D_h∈R^N×n，其中N為高、低分辨率圖像分塊的像素數，n為字典寬度，且n＞＞N；

S3.設高、低分辨率字典D_h和D_l所在空間的標準正交基集合為{e_k}，k＝1,...,N，求出{e_k}的低分辨率字典稀疏編碼集合{α_l^k}；

對于已知字典D_l和標準正交基向量e_k，e_k的編碼向量為

其中λ是常數，||·||₁表示1-范數；

S4.輸入待處理的低分辨率彩色圖像Y，將彩色圖像Y轉換到YCbCr空間，對其亮度通道進行以下操作：從圖像的左上角開始每間隔1個像素分割出一個的圖像塊，并將其均拉伸成向量，對每個圖像塊向量y用CUDA內核函數并行計算實現以下操作：

a.圖像塊向量y表示為其中x_k為系數，e_k為標準正交基向量，所以有y＝(x₁,x₂,...,x_N)^T；

b.已知低分辨率字典D_l和圖像塊向量y，估計稀疏編碼優化問題

上述優化問題的解α_l的估計值為

其中||·||₁表示1-范數，表示2-范數的平方，λ為預設常數；

c.計算每一個圖像塊向量y對應的高分辨率圖像塊x，計算方式為x＝D_hα^*；將圖像塊x放入高分辨率圖像X₀中，圖像塊x放入的位置與其對應的原始圖像中的圖像塊所在位置對應；放入圖像塊x的高分辨率圖像區域中每一個像素被認為填充了一次，用矩陣M記錄高分辨率圖像X₀中每一個像素被填充的次數；所有圖像塊x放入完畢后即得到高分辨率圖像X₀；

S5.輸出超分辨率圖像X^*＝X₀./M，其中./表示元素除法。

2.根據權利要求1所述的快速圖像超分辨率重構方法，其特征在于，S2中訓練低分辨率字典D_l∈R^N×n和高分辨率字典D_h∈R^N×n方法為求解如下優化問題：

D＝argmin_D,α||Y-DX||+λ||X||₀s.t.||x_i||₀≤1

其中Y＝(y₁,...,y_p)為訓練圖像塊向量為列構成的矩陣，X＝(x₁,...,x_p)為解向量構成的矩陣；

當Y分別為高分辨率、低分辨率圖像塊向量構成的矩陣時，便可分別得到高、低分辨率字典。