[發明專利]超分辨率圖像重建方法及專用加速電路

有效

• 申請號: 201910095232.2
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109886874B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 余寧梅;王永超;田典
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T1/20;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

超分辨率圖像的重建方法，包括以下步驟：步驟1，第一層為輸入層，輸入一個低分辨圖像DL；步驟2，第二至第六層為卷積層，低分辨率的圖像經過卷積層的卷積運算獲得一系列的特征圖，這些特征圖經過非線性映射成為高分辨率的圖像塊；步驟3，第七層為反卷積層，經過反卷積層的反卷積運算進一步提高圖像塊的分辨率；步驟4，最終由第八層輸出重建的高分辨率的圖像DH；專用加速電路，包括有網絡訓練服務器，網絡訓練服務器便攜圖像采集電路的網絡結構參數存儲單元相連；網絡結構參數存儲單元通過網絡結構參數導入控制單元與超分辨率芯片的主存儲器相連；主存儲器的數據輸入端與CMOS攝像頭相連；具有高效運算、方法精簡的特點。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及超分辨率圖像重建方法及專用加速電路。

背景技術

隨著經濟的快速發展,人們對快速便攜的健康監控需求越來越高,而便攜式醫學圖像采集和處理設備是其中的關鍵環節,而在便攜式醫學圖像采集和處理領域,長期困擾其發展的一個重要原因是便攜式設備采集的圖像細節分辨率較低,而當前技術的處理方法為直接對便攜設備采樣的圖像進行處理,由于直接采樣得到的樣本圖像質量較差,造成進一步分析和處理的準確性無法保證。

因此，本發明提出一種圖像超分辨率重建的電路和方法,該方法可以對便攜式設備采集的低分辨率圖像進行重建,然后將重建后的圖像進一步用于內容分析和處理。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供超分辨率圖像重建方法及專用加速電路，具有高效運算、算法精簡的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：超分辨率圖像的重建方法，包括以下步驟：

步驟1，第一層為輸入層，輸入一個低分辨圖像DL；

步驟2，第二至第六層為卷積層，低分辨率的圖像經過卷積層的卷積運算獲得一系列的特征圖，這些特征圖經過非線性映射成為高分辨率的圖像塊；

步驟3，第七層為反卷積層，經過反卷積層的反卷積運算進一步提高圖像塊的分辨率；

步驟4，最終由第八層輸出重建的高分辨率的圖像DH。

步驟2所述的卷積運算，卷積層是卷積神經網絡的核心組成部分，具有局部連接和權值共享特征，卷積運算可由下面公式來表示:

Fⁱ＝σ(W_c(i)*F^i-1+b_i),(1)

式中：Fⁱ代表第i個卷積層的輸出，F^i-1代表第i-1個卷積層的輸出，上一層的輸出作為下一層的輸入，W_c(i)代表第i個卷積層的權重；卷積權重對應的是一個數量為n、大小為fxf的濾波器組，n和f的值需要具體進行設置，*代表卷積操作，b_i代表第i層的偏置；其中，偏置的維數始終與該層卷積核的數量保持一致，σ代表激活函數，卷積操作可以很好的提取特征，通過BP的誤差反向傳播，可以根據不同任務，得到對于這個任務最好的一個參數，學習出相對于這個任務最好的卷積核；對于每個卷積層需要設置的幾個參數為:卷積核的大小、卷積核的數目(Number)、卷積操作的步長(stride)以及零填充(Pad)的大小。

步驟3所述的反卷積運算，過一個反卷積層實現了最終的重建過程，反卷積層在這里相當于上采樣操作，通過調整反卷積層的步長來實現對采樣因子的調整，采用相對較大的卷積核提升重建質量，該過程可以由下面公式來表示:

F＝σ(W_d·F⁵+B),(2)