[發(fā)明專利]一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810231724.5
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108665412B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮華君;張承志;徐之海;李奇;陳躍庭
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)用student-t分布來模擬自然圖像的專家場分布，并訓(xùn)練專家場分布的參數(shù)；

(2)初始化設(shè)置，具體是：

(2.1)計算初始圖像：在輸入的L張低分辨率圖像中任意選擇一張圖像進(jìn)行上采樣得到初始圖像x₀，采樣因子記為res；根據(jù)采樣因子res構(gòu)建下采樣矩陣A；

(2.2)設(shè)置卷積核h，根據(jù)卷積核h構(gòu)建模糊矩陣H；

(2.3)以步驟(2.1)中選擇的低分辨率圖像為參考圖像，計算第1到第L張圖像相對于參考圖像的位移，包括橫坐標(biāo)方向的平移值sx和縱坐標(biāo)方向的平移值sy；根據(jù)sx、sy構(gòu)建位移矩陣C；

(2.4)估計噪聲標(biāo)準(zhǔn)差σ；

(2.5)設(shè)置迭代步長delta和迭代次數(shù)maxit；

(3)利用最大后驗概率法進(jìn)行多幀圖像超分辨重建，具體是：

(3.1)根據(jù)最大后驗概率法建立關(guān)于待超分辨重建圖像x的方程：

其中，y_k為輸入的第k張低分辨率圖像，H_k為第k張低分辨率圖像對應(yīng)的模糊矩陣，C_k為第k張低分辨率圖像對應(yīng)的位移矩陣，ψ為專家函數(shù)的對數(shù)形式，J_i為專家場模型中的第i個濾波器，為J_i的轉(zhuǎn)置，N為濾波器J_i的個數(shù)，α_i為第i個專家函數(shù)的權(quán)重，λ為專家場對數(shù)形式在重建方程中的權(quán)重，且

(3.2)迭代求解步驟(3.1)建立的方程(1)，當(dāng)滿足收斂標(biāo)準(zhǔn)或者達(dá)到最大迭代次數(shù)時停止迭代，得到最優(yōu)解x。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，專家場分布的公式如下：

其中，為第i個專家函數(shù)，Z(Θ)為專家場的歸一化函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，訓(xùn)練所采用數(shù)據(jù)不是整張圖像，而是從BerkeleySegmentation Benchmark數(shù)據(jù)庫下載的圖像中隨機剪裁產(chǎn)生的20000個15×15的圖像塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，訓(xùn)練得到的專家場分布的參數(shù)包括5×5像素塊大小的24個濾波器J_i及其對應(yīng)的權(quán)重α_i，其中i取1到24。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(2.2)中，卷積核h設(shè)置為3×3的高斯卷積核。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(2.3)中，采用光流法計算第1到第L張圖像相對于參考圖像的位移。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(2.3)中，在構(gòu)建位移矩陣C時，除了平移值sx、sy，還加入旋轉(zhuǎn)角度信息。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(2.4)中，根據(jù)小波噪聲方差估計法估計噪聲標(biāo)準(zhǔn)差σ。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用自然圖像先驗知識進(jìn)行多幀圖像超分辨重建的方法，其特征在于，所述步驟(3.2)中，利用梯度下降法進(jìn)行優(yōu)化求解。