[發明專利]一種基于多幅圖像的魯棒的圖像分辨率增強方法

有效

• 申請號: 201810344134.3
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108681988B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 閔雷;楊平;董理治;劉文勁;王帥;許冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于多幅圖像的魯棒的圖像分辨率增強方法，該方法利用拉普拉斯分布觀測模型并在變分貝葉斯的理論框架下獲得，包括：1)利用上次迭代的高分辨率圖像和相對運動參數更新輔助變量、先驗參數和超先驗參數；2)利用上次迭代的高分辨率圖像、先驗參數和超先驗參數來更新相對運動參數；3)利用更新的輔助變量、先驗參數、超先驗參數和相對運動參數來更新高分辨率圖像。與傳統的圖像分辨率增強算法相比，本發明利用拉普拉斯觀測模型的稀疏特性和中值濾波特性能夠很好的抑制和去除低分辨率圖像中的脈沖噪聲和運動野值點，因而增強方法具有更好的魯棒性，更有利于分辨率增強方法的工程實現。

技術領域

本發明涉及一種基于多幅圖像集合的魯棒的分辨率增強方法，特點是模型先驗參數自適應的圖像分辨率增強方法，并且該方法對模型誤差、運動野值點和脈沖噪聲具有更好的魯棒性，廣泛用于醫學成像、遙感、監視和天文觀察等領域。屬于圖像處理、計算機視覺和計算成像技術領域。

背景技術

圖像空間分辨率是評價圖像質量的重要指標，高空間分辨率圖像為接下來的檢測、識別和跟蹤等應用提供更加豐富的信息。因而，獲取高空間分辨率的圖像成像設備具有重要的價值。由奈克斯特采樣定理，數字成像設備獲取的數字圖像的空間分辨率決定于成像設備光學子系統的帶寬以及光電轉換子系統的空間采樣頻率。傳統的提高數字成像設備空間分辨率最直接的解決方案有：1)增加光學子系統的帶寬；2)增加光電轉換子系統的空間采樣頻率。這些方案通常會大幅增加成像設備的體積或者成本。在低成本或者小薄輕巧的成像需求下，利用這些方案來直接提高成像系統分辨率較為困難。

另一方面，由摩爾定律計算機的成本越來越低并且處理能力越來越強，把廉價的計算技術融入成像系統已經成為必然趨勢。基于低成本和小薄輕巧的光學成像系統并結合計算機，通過信號處理算法來獲得高分辨率圖像提供了另外一條行之有效的途徑。通常，利用低分辨率成像設備獲取同一場景的低分辨率圖像集往往容易得多，該低分辨率圖像集合可以由同一成像設備在不同時刻獲得或者由一個陣列成像設備獲得。設圖像集合中有L幅圖像,這里我們對圖像集合的圖像進行編號1,2,……,L。在下面的描述中我們稱其中一幅圖像為第m幅圖像或為了方便起見稱為第m幀圖像。根據低分辨率成像設備的物理特性建立待求高分辨率圖像到低分辨率圖像的圖像退化觀測模型，再通過信號處理算法來實施相應逆問題求解以獲得高空間分辨率的圖像。逆問題求解通常是病態的，即解的存在性、唯一性和穩定性中的一個或多個不滿足。在這里高分辨率圖像的存在性通常是可以保證的，而解的唯一性和穩定性需要引入額外的信息才能得到保證。確定性的正則化方法和基于統計的先驗概率方法是引入額外信息的兩種常用方法。但正則化方法存在正則化參數選擇較為費時的問題。這里采用基于統計的先驗概率來引入額外約束信息，使得解具有唯一性和穩定性。并且我們采用分層貝葉斯理論,其為求解逆問題提供了重要的理論框架，它提供了有效融合先驗知識和觀測數據的最優途徑，并且所涉及的參數都是由數據驅動的方式來確定，省去了繁瑣費時的參數選擇過程。現有的在分層貝葉斯理論下獲得的分辨率增強算法往往具有魯棒性差的特點，因而工程實用性不好。本發明提出了基于拉普拉斯分布的低分辨率圖像觀測模型，并在分層貝葉斯框架下獲得了相應的圖像增強方法。該方法不僅具有更好的圖像增強性能，并且對不同的圖像場景具有更好的魯棒性。因而能更好的滿足實際的工程應用需求。

發明內容

本發明要解決技術問題為：針對現有技術的不足，提供一種基于拉普拉斯分布觀測模型的圖像增強方法，該方法具有更好的圖像增強性能，并且對模型誤差、運動野值點和脈沖噪聲具有更好的魯棒性。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種基于多幅圖像的魯棒的圖像分辨率增強方法，包括如下步驟：

步驟一、對于給定的參考幀，利用低分辨率圖像集進行圖像相對運動參數、模型先驗參數、高分辨率圖像和輔助變量的初始化；

步驟二、利用圖像集迭代求解圖像相對運動參數、模型先驗參數和高分辨率圖像的分布，包括相應求解量的均值和方差，具體迭代步驟如下：