[發明專利]基于Rank變換的數字圖像修復算法

在審

• 申請號: 201710575148.1
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107507136A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 朱程濤;李鏘;滕建輔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明屬于計算機圖像復原領域，可用于文物保護、影視特效制作等。

背景技術

數字圖像修復技術是圖像處理領域內的研究熱點，其主要研究如何利用待修復圖像周圍的完好信息對破損區域進行填充修復，進而完成圖像的修復，同時保證修復的效果在主觀視覺效果上自然合理。該技術可應用于老照片的修復、字幕的去除、視覺特效等眾多領域，具有重要的研究意義及價值。

現階段常用的數字圖像修復技術是基于傳統樣本塊修復的算法，該算法主要根據待修復圖像破損區域及鄰近的完好區域信息計算修復的優先權，選擇優先權的最大的像素點開始修復，優先權主要決定了修復的次序，在確定修復次序后，需要通過相似性度量函數進行待修復塊與眾多可能的匹配塊進行匹配，選擇匹配程度最高的匹配塊對待修復塊進行紋理的填充與合成。傳統的基于樣本塊修復的數字圖像修復算法通常選擇最小絕對差平方和SSD準則作為唯一的相似性度量函數，并以此尋找最優匹配塊，此方法使用的匹配準則過于單一，且易受到噪聲的影響，算法的魯棒性較低，易產生誤匹配的現象繼而導致圖像的修復結果產生一定程度的偏差。

發明內容

本發明針對傳統基于樣本塊的數字圖像修復算法存在的問題提出一種基于Rank變換的數字圖像修復算法，算法通過對待修復的破損圖像進行Rank變換，并將其應用于相似性度量函數的計算中以獲得更加精確的度量準則，最終實現高準確度的圖像修復效果。本發明的技術方案如下：

一種基于Rank變換的數字圖像修復算法，包括下列步驟：

(1)對于待修復破損圖像I，計算其梯度信息▽I，依據雙邊濾波的原理計算I內每個像素點的雙邊濾波權重值W，同時對破損圖像I進行Rank變換，得到變換結果R_I，并將雙邊濾波權重值W與變換結果R_I相乘，并對上述相乘得到的值在固定窗口內進行聚合，得到聚合后的Rank變換

(2)對修復破損圖像I破損區域進行修復，首先采用基于樣本塊的數字圖像修復算法中的優先權計算方式計算目標像素點p的優先權P(p)，然后依據最大優先權原理計算得到優先權最大的目標像素點p^*，并將其對應的目標塊標記為待修復塊ω(p^*)；

(3)計算待修復塊ω(p^*)的亮度值I(ω(p^*))、梯度值▽I(ω(p^*))、聚合后的Rank變換值同時計算匹配塊ω(q)的亮度值I(ω(q))、梯度值▽I(ω(q))、聚合后的Rank變換值

(4)根據公式c_I(ω(p^*),ω(q))＝min(|I(ω(p^*))-I(ω(q))|,τ₁)計算待修復塊與匹配塊之間的亮度差異c_I(ω(p^*),ω(q))，其中τ₁為常數，

根據公式c_▽I(ω(p^*),ω(q))＝min(|▽I(ω(p^*))-▽I(ω(q))|,τ₂)計算待修復塊與匹配塊之間的梯度差異c_▽I(ω(p^*),ω(q))，其中τ₂為常數，

根據公式計算待修復塊與匹配塊之間的Rank差異其中τ₃為常數，然后將上述三種差異值進行線性組合后得到的結果作為改進后的相似性度量函數，利用改進后的相似性度量函數計算得到最優匹配塊ω(q^*)，完成待修復塊ω(p^*)的修復；

(5)將ω(p^*)區域從破損區域中剔除，并重復步驟(2)～(4)直至破損區域為空集時即完成對待修復破損圖像I的修復。

總之，本發明針對傳統基于樣本塊的數字圖像修復算法存在的不足，提出了一種基于Rank變換的數字圖像修復算法，利用待修復塊與匹配塊之間的亮度差異、梯度差異以及Rank變換差異設定較為合理的相似性度量函數，并以此實現較高準確度的圖像修復結果。本發明能夠獲得更為合理的數字圖像修復效果，有著較為廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1本發明的基于Rank變換的數字圖像修復算法流程圖。

圖2為本發明與傳統基于樣本塊的數字圖像修復算法對圖像的修復效果對比，其中：

圖(a)待修復的破損圖像(紅色區域代表破損區域)；