[發明專利]一種邊緣保持的紅外圖像重建方法

在審

• 申請號: 201710326271.X
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107316274A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 代少升;張德洲;張綃綃;余良兵
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T5/00;G06T5/10
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明屬于圖像重建處理技術領域，具體是一種邊緣保持的紅外圖像重建方法。

背景技術

紅外熱成像具有分辨率低、對比度低、成像模糊和噪聲明顯等特點，在紅外成像中，分辨率越高代表圖像攜帶的信息量越多，意味著圖像的紋理、邊緣等細節信息越豐富，視覺效果越好。

科技的迅猛發展與社會的巨大進步，隨之而來的是各領域對高分辨率紅外圖像的迫切需求。高密度的焦平面紅外探測器是獲取高分辨率紅外圖像最直接有效的方式，然而，目前半導體制作工藝水平有限，現有探測器陣列密度往往較低，成像分辨率低，無法滿足高分辨率需求。例如在軍事偵查領域，受偵測目標距離遠以及紅外探測器陣列密度的限制，很難獲取到高分辨率紅外圖像，對打擊目標的識別能力和識別精準度受限；在醫學領域，低分辨率的紅外人體熱像圖無法給出精確的病變發熱位置，醫生診斷不了發病的詳情；在公共安全領域，當異常情況發生時，紅外成像提取到的人物體態、車牌號等關鍵性的信息，視頻分辨率有限，可識別性低，無法為案件的偵破提供幫助等。因此，超分辨率圖像重建技術應運而生。

超分辨率重建技術是在不改變探測器硬件現狀的情況下利用低分辨率圖像序列重建獲得高分辨率圖像的技術。該技術采用光學成像機制與計算機處理相結合的方式，在較低的成本代價下，實現高分辨率紅外成像，是目前圖像處理領域的熱點。占美全等人在《基于L1范數的總變分正則化超分辨率圖像重建》中采用L1范數對重建圖像保真度進行約束,利用總變分正則化克服重建問題的病態性，代價函數為算法不僅具有良好的抗噪聲性能，而且計算量小，計算簡單，但重建圖像的邊緣、紋理等細節高頻信息受到明顯的平滑抑制，重建圖像模糊、灰暗不明；基于L2范數保真項以及總變分正則化項的重建代價函數為由于L2范數認為所有的用于重構的圖像信息的價值是相同的，在最終產生的重建圖像中，圖像信息的貢獻也是相同的，因此圖像中的像素奇異值在重建過程中傳播，基于L2范數的重建圖像的邊緣細節等信息得到還原，但存在噪聲明顯的缺陷，重建后圖像的信噪比不高，視覺效果不理想；考慮到單獨使用L1范數估計算子或L2范數估計算子都存在缺陷與不足，于是李銀輝等人在《基于L1和L2混合范式的序列圖像超分辨率重建》提出同時濾除高斯噪聲和脈沖噪聲的問題，重建代價函數為采用混合范式的圖像重建算法在減小數據擬合項估計誤差的同時一定程度上提升了重建算法的抗噪能力，然而應用于對比度低下、邊緣細節信息不豐富的紅外圖像重建時，很難做到保持紅外圖像的邊緣細節信息，重建結果圖像邊緣紋理缺失，視覺效果不理想。

綜上所述，現有紅外探測器陣列的感光單元密度已無法滿足現代軍事、工業、醫療、生活等各方面獲得高分辨率紅外圖像的需求。在不改變探測器感光單元密度的前提下，超分辨率重建方法在實現獲取高分辨率圖像上，具有理論和實驗結果上的雙重肯定。但該技術目前應用于紅外成像領域仍不成熟，實現起來困難重重，需要我們更加深入細致地研究，因此在紅外領域開展邊緣保持的超分辨率圖像重建方法研究具有十分重要的意義。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種保護重建圖像的邊緣、紋理等細節信息，改善重建圖像視覺效果的邊緣保持的紅外圖像重建方法。本發明的技術方案如下：

一種邊緣保持的紅外圖像重建方法，其包括以下步驟：

1)、在用于重建的原始低分辨率圖像序列信息中提取圖像高頻信息成分 Y_{k(high-frequency)}；

2)、對提取到的高頻信息成分Y_{k(high-frequency)}進行基于L2范數估計算子的超分辨率重建算法處理，得到高頻信息成分所對應的高分辨率圖像X_{high-freqency}；

3)、對原始低分辨率圖像序列信息進行基于L1范數估計算子的超分辨率算法重建，得到原始重建的高分辨率圖像X_original；

4)、將步驟2)的高頻信息重建的X_{high-freqency}與步驟3)的原始重建高分辨率圖像X_original采用灰度值直接疊加的方法進行信息融合，獲得最終的重建高分辨率圖像。

進一步的，所述步驟1)中提取圖像高頻信息成分Y_{k(high-frequency)}采用的是采用三次插值采樣因子來獲取圖像序列中的高頻信息，具體公式如下，

Y_{low-frequency}＝(Y_kB_kD↓)D↑D↑，