[發明專利]基于鄰域相似性的雙邊全變分圖像超分辨率重建方法

有效

• 申請號: 201810112609.6
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108460723B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 賴睿;官俊濤;肖鶴玲;徐昆然;莫一過;李永薛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于鄰域結構相似性雙邊全變分的圖像超分辨率重建方法，主要解決現有技術在圖像超分辨率重建過程中細節丟失的問題。其實現方案是：1.獲取低分辨率圖像序列，并對Y的第一幀圖像進行插值，作為第1次迭代的超分辨率重建圖像2.計算第t次迭代重建圖像的鄰域結構相似距離矩陣W_t；3.根據W_t構建目標函數，并求解目標函數的最小化問題，獲得第t+1次迭代的重建圖像4.計算相鄰兩次迭代所生成的超分辨率重建圖像的歐氏距離；5.重復步驟2?4，直至相鄰兩次迭代所生成的超分辨率重建的圖像的歐氏距離小于閾值，輸出超分辨率重建結果。本發明能有效重建圖像中的細節信息，更好的保持結構特性，可用于遙感圖像和醫學圖像處理。

技術領域

本發明屬于數字圖像處理技術領域，具體涉及一種數字圖像超分辨率重建方法，可用于遙感圖像和醫學圖像處理。

背景技術

在成像系統中，由于成像過程中外在的干擾及成像系統自身的不足，最終的圖像質量會有一定的退化，分辨率較低，從而丟失了圖像中的細節信息，無法滿足一些高精度應用的要求。超分辨率重建技術可以有效地提高圖像的分辨率，增強圖像中的細節信息，現在己經被廣泛應用于醫學、社會安全、國防等領域。

現存的圖像超分辨率重建方法主要有：基于頻域的超分辨率迭代重建方法和基于空間域的超分辨率迭代重建方法。空間域方法直接對像素輸出進行處理，易于硬件實現，從而獲得廣泛應用。傳統的空間域方法例如全變分法、迭代反射投影法、吉洪諾夫正則化法等，在重建圖像的同時會丟失圖像的紋理和細節等信息，Fasiu等人將邊緣保持特性較好的全變分模型與雙邊濾波模型結合構建出雙邊全變分先驗約束，取得了更好的超分辨率重建效果(Sina Farsiu,M.Dirk Robinson,Michael Elad et al.,Fast and RobustMultiframe Super Resolution,IEEE Transactions on Image Processing,Vol.13,No.10,2004,pp.1327-1344.)。但該方法中濾波權重仍由單個像素亮度值決定，因而在較強的噪聲干擾下，權重誤差將導致重建效果下降。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于鄰域相似性的雙邊全變分圖像超分辨率重建方法，以獲得更高的峰值信噪比和結構相似度，提高圖像重建效果。

實現本發明目的的技術方案是：用鄰域相似度權取代傳統雙邊濾波中的像素亮度距離權，構建鄰域相似性雙邊全變分項作為先驗約束加入迭代回歸估計過程中，并使用分裂布雷格曼方法進行求解，得到重建圖像，具體步驟包括如下：

(1)獲取低分辨率圖像序列Y；

(2)使用雙線性插值法對低分辨率圖像序列Y的第一幀圖像進行插值，作為第1次迭代的超分辨率重建圖像

(3)計算第t次迭代超分辨率重建圖像的結構相似性距離矩陣W_t，t≥2；

(4)根據鄰域結構相似性距離矩陣W_t，得到的鄰域結構相似性雙邊全變分正則項

(5)構建由保真項F和鄰域結構相似性雙邊全變分正則項組成的目標函數J：

其中，μ和λ為兩個數值不同的規整參數，μ的取值為0.72，λ的取值為0.97。

(6)采用分裂布雷格曼法求解目標函數最小化問題，獲得第t+1次迭代的超分辨率重建圖像

(7)計算相鄰兩次迭代超分辨率重建圖像的歐氏距離E；

(8)設置收斂閾值tol＝0.0005，判斷相鄰兩次圖像超分辨率重建圖像的歐氏距離E是否小于收斂閾值tol，如果歐氏距離E大于收斂閾值tol，則重復步驟(3)至步驟(7)；否則，迭代結束，輸出(6)獲得的超分辨重建圖像。