[發明專利]基于張量的視頻快照壓縮成像恢復方法

有效

• 申請號: 201911389380.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111147863B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 孫岳;王軍軍;魯衛軍;李穎
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N19/44
• 分類號: H04N19/44;H04N19/19;H04N19/192;H04N19/36;H04N19/97;H04N19/176
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發明公開了一種基于張量的視頻快照壓縮成像恢復方法，主要解決現有技術解碼恢復視頻質量差且耗時長的問題。其實現方案是：1)輸入壓縮數據幀和掩碼張量；2)利用輸入壓縮數據幀，自適應計算壓縮數據幀對應的噪聲方差；3)根據1)和2)的結果，以非中心相似塊張量的加權張量核范數作為約束，通過交替方向乘子法初步得到要恢復的目標圖像；4)以非中心相似塊矩陣的加權矩陣核范數作為約束，通過交替方向乘子法對初步得到的目標圖像進行細節補全，最終獲得要恢復的目標圖像。本發明與現有技術相比，減少了運行時間，提高了圖像恢復的精度，可用于高速壓縮視頻和高光譜壓縮圖像的解碼。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，更進一步涉及一種視頻快照壓縮成像恢復方法，可用于高速壓縮視頻和高光譜壓縮圖像的解碼。

背景技術

視頻快照壓縮成像SCI是計算機視覺中的一個基本問題。壓縮感知是一種從少量低維測量數據中獲取和重建高維信號的強大技術。在壓縮感知的啟發下，各種計算成像系統應運而生。作為計算成像的一個重要分支,快照壓縮成像成為今年來的研究熱點。快照壓縮成像SCI是一種利用現有的低維傳感器捕獲高維信號的技術，其中最主要的特點是多個圖像幀被映射到單個測量幀中，然后使用一種解碼器算法來重構所需的信號。

然而，現有的大多數解碼方法重建的圖像質量較差，限制了快照壓縮成像的廣泛應用。快照壓縮感知是具有挑戰性的問題，主要有以下原因：1)目前所有的解碼方法將視頻看作一系列矩陣，視頻數據中的空-時關系沒有被利用；2)目前較好的解碼方法并不是對所有的視頻恢復效果都好，不具備普適性；3)解碼方法中的冗余塊提取和矩陣奇異值分解耗費了大量的內存和運行時間。

現有的主流快照壓縮成像恢復方法主要是利用視頻的先驗知識來恢復目標圖像，如高斯混合模型GMM，全差分方法TV等，這些方法都是基于矩陣的方法來恢復目標圖像的，不能很好的利用視頻數據中的空-時關系，導致恢復的效果譯碼性能差或者無法解碼出目標幀。其中Xin Yuan等人在文章Rank Minimization for Snapshot Compressive Imaging(IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence(TPAMI)，2018.)中針對快照壓縮成像恢復問題提出了一種有效的解壓縮恢復方法，該方法將SCI壓縮采樣模型與視頻非局部相似塊的加權核范數結合，提出了SCI圖像重建的聯合模型，使用交替方向乘子法ADMM對SCI圖像模型迭代優化得到目標圖像，是目前處理SCI恢復圖像最好的方法。然而，該方法并不能對所有的快照壓縮數據都恢復出較為滿意的結果，部分視頻數據細節恢復效果較差，且冗余的塊匹配和矩陣奇異值分解都會耗費較大的計算機內存和較長的運行時間。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提出一種基于張量的兩階段自適應視頻快照壓縮成像恢復方法，以更好地恢復出目標圖像的細節，并且縮短運行時間，快速有效地解碼出目標視頻幀。

為實現上述目的，本發明基于張量的視頻快照壓縮成像恢復方法，其技術步驟包括如下：

(1)輸入壓縮數據幀Y和掩碼張量其中，壓縮數據幀掩碼張量壓縮數據幀為F個連續視頻幀的第f幀，1≤f≤F，作為三階張量視頻數據的第f個正面切面，為與第f幀視頻相對應的掩碼矩陣，其為0和1構成的稀疏矩陣，作為三階掩碼張量的第f個正面切面，n₁和n₂分別表示每一幀視頻幀的長和寬，⊙表示基于元素的矩陣乘積，為噪聲；

(2)利用壓縮數據幀Y和掩碼張量自適應計算壓縮數據幀Y對應的噪聲方差

(3)基于(1)中的壓縮數據幀Y和掩碼張量以及(2)得到的噪聲方差利用非局部相似塊張量恢復方法，計算三階目標張量的初步估計張量

3.1)利用非局部相似塊張量，以加權張量核范數作為約束，得到交替方向乘子法框架下的增廣拉格朗日目標函數其中為待恢復的目標張量，為輔助張量，為拉格朗日乘子張量；