本發(fā)明公開了一種基于結(jié)構(gòu)化觀測和方向指導(dǎo)的匹配追蹤重構(gòu)方法，主要解決低采樣率下壓縮感知圖像重構(gòu)不準(zhǔn)確和低魯棒的問題，其實現(xiàn)過程為：根據(jù)圖像的素描圖，定義了可素描塊和不可素描塊；對于可素描塊采用基于素描方向指導(dǎo)的聚類，不可素描塊采用灰度聚類；觀測時，對不可素描塊中的光滑圖像塊類采用基于素描表示的結(jié)構(gòu)化觀測，對非光滑圖像塊類采用多測量向量觀測；重構(gòu)時，采用基于素描表示和方向指導(dǎo)的OMP算法得到重構(gòu)圖像，本發(fā)明與傳統(tǒng)觀測下的OMP方法相比，具有重構(gòu)圖像質(zhì)量高，魯棒性好的優(yōu)點，可用于自然圖像的重構(gòu)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于結(jié)構(gòu)化觀測和方向指導(dǎo)的匹配追蹤重構(gòu)方法，可用于對自然圖像進(jìn)行重構(gòu)。
背景技術(shù)
近幾年，在信號處理領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新的數(shù)據(jù)理論壓縮感知CS，該理論在數(shù)據(jù)采集的同時實現(xiàn)壓縮，突破了傳統(tǒng)奈奎采集斯特采樣定理的限制，為數(shù)據(jù)采集技術(shù)帶來了革命性的變化，使得該理論在壓縮成像系統(tǒng)、軍事密碼學(xué)、無線傳感等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。壓縮感知理論主要包括信號的稀疏表示、信號的觀測和信號的重構(gòu)等三個方面。
目前的CS重構(gòu)算法主要有三大類，包括凸優(yōu)化法、貪婪匹配追蹤算法和混合算法。凸優(yōu)化法包括基追蹤BP法、內(nèi)點IP法、梯度投影GPSR法和迭代閾值算法等。貪婪算法主要包括匹配追蹤MP系列算法、正交匹配追蹤系列算法OMP、正則化約束算法ROMP、壓縮采樣匹配追蹤CoSaMP和子空間匹配基追蹤算法SP等。其中OMP算法由Tropp等人在文獻(xiàn)“SignalRecovery From Random Measurements Via Orthogonal Matching Pursuit”中提出。該算法首先尋找觀測矩陣中與觀測相關(guān)性最大的列向量，然后對相應(yīng)的信號分量進(jìn)行估計，再從原始測量中減去估計系數(shù)的貢獻(xiàn)，重復(fù)上述步驟得到重構(gòu)的信號。
壓縮感知OMP重構(gòu)方法，是在隨機高斯觀測下提出的。高斯觀測是一種隨機的觀測方式，對所有圖像塊平等對待，沒有抓住圖像塊固有的先驗特征，同時對應(yīng)的OMP重構(gòu)方法直接根據(jù)測量對圖像進(jìn)行重構(gòu)，也沒有對圖像塊的結(jié)構(gòu)的判斷，二者都導(dǎo)致低采樣率下的重構(gòu)缺乏準(zhǔn)確性和魯棒性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于結(jié)構(gòu)化觀測和方向指導(dǎo)的匹配追蹤重構(gòu)方法，提高低采樣率下圖像重構(gòu)的準(zhǔn)確性、魯棒性。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種基于結(jié)構(gòu)化觀測和方向指導(dǎo)的匹配追蹤重構(gòu)方法，根據(jù)圖像的素描圖定義可素描塊和不可素描塊；對于可素描塊采用基于素描方向指導(dǎo)的聚類，不可素描塊采用灰度聚類；觀測時，對不可素描塊中的光滑圖像塊類采用基于素描表示的結(jié)構(gòu)化觀測，對非光滑圖像塊類采用多測量向量觀測；采用基于素描表示和方向指導(dǎo)的OMP算法進(jìn)行重構(gòu)得到重構(gòu)圖像。
優(yōu)選的，包括以下步驟：
S1、數(shù)據(jù)發(fā)送方將原始圖像分為不重疊等大的圖像塊，并且根據(jù)圖像的素描特性將圖像塊分為單方向圖像塊、多方向圖像塊、紋理圖像塊和光滑圖像塊四種類型；
S2、采用基于方向指導(dǎo)的聚類方法對單方向圖像塊進(jìn)行聚類，得到單方向圖像塊的聚類結(jié)果；
S3、采用基于方向分布特征的聚類方法對多方向圖像塊進(jìn)行聚類，得到多方向圖像塊的聚類結(jié)果；
S4、采用聚集灰度特征對紋理圖像塊和光滑圖像塊進(jìn)行聚類，得到紋理圖像塊和光滑圖像塊的聚類結(jié)果；
S5、根據(jù)圖像采樣率r，光滑圖像塊的數(shù)目n1，非光滑圖像塊的數(shù)目n2，光滑圖像塊類的數(shù)目C1，非光滑圖像塊類的數(shù)目C2，計算得到光滑圖像塊的采樣率非光滑圖像塊的采樣率為
