[發(fā)明專利]基于全連接自動編碼機(jī)的瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法

有效

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• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111340719B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁云;黃澤盛;宋柏延
• 申請（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開了一種基于全連接自動編碼機(jī)的瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，該發(fā)明首先基于瞬態(tài)信號的數(shù)據(jù)分布特點，通過對數(shù)變換進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到新的數(shù)據(jù)域。然后基于自主設(shè)計的全連接自動編碼機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用自動編碼機(jī)的自動編碼功能，學(xué)習(xí)出瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)特征。并且通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)損失函數(shù)、正則化項等，自動編碼機(jī)不僅能正確學(xué)習(xí)瞬態(tài)圖像潛在特征，也能防止過擬合。本發(fā)明方法結(jié)合了瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)分布，并利用了全連接自動編碼機(jī)在數(shù)據(jù)特征方面的優(yōu)良特性，較好地提取了瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)特征，并減少了原始數(shù)據(jù)的噪聲，增強(qiáng)了表達(dá)瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全連接自動編碼機(jī)的瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

瞬態(tài)成像技術(shù)是一項關(guān)于對光在傳播過程中的瞬態(tài)進(jìn)行成像的技術(shù)。隨著計算機(jī)圖形圖像及計算機(jī)視覺相關(guān)研究的不斷深入及在各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，與光照相關(guān)的問題也不斷出現(xiàn)，也越來越難以用傳統(tǒng)的僅有二位空間信息的圖像信息結(jié)局。瞬態(tài)成像技術(shù)能夠提供皮秒級別的時間分辨率，高精度下帶來的豐富信息，為這些問題的結(jié)局提供的可能性，也對已解決的就問題提供更優(yōu)解帶來了可能性。瞬態(tài)成像技術(shù)已成為一大研究熱點。

瞬態(tài)成像的關(guān)鍵是在時間維度上對光線傳播過程的精準(zhǔn)復(fù)原，但因為各種原因如多路徑干擾(Multipath Interference，MPI)問題及光子多次反射后的信號衰減問題產(chǎn)生的噪聲，使得數(shù)據(jù)具有較低的信噪比。我們發(fā)明的本質(zhì)：通過網(wǎng)絡(luò)找到瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)的本質(zhì)及潛在特征，實現(xiàn)非噪聲弱信號的增強(qiáng)，以及噪聲信號的弱化或去除，從而實現(xiàn)瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)，進(jìn)而提高該類數(shù)據(jù)的信噪比。

對潛在數(shù)據(jù)特征的提取一直是圖像領(lǐng)域的一項重要研究，利用圖像關(guān)鍵特征而不用整幅圖像通常能更好地解決實際問題。比如圖像增強(qiáng)、圖像去噪、圖像修復(fù)、圖像壓縮與重構(gòu)等。

自動編碼機(jī)是一種常見的用于特征提取或自編碼學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一方面，可以通過利用自動編碼機(jī)的自動編碼功能，學(xué)習(xí)瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)的特征，另一方面，可以通過訓(xùn)練自動編碼機(jī)的去噪能力，去除瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)的大部分噪聲，實現(xiàn)瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)。

現(xiàn)有技術(shù)中，瞬態(tài)成像的關(guān)鍵是在時間維度上對光線傳播過程的精準(zhǔn)復(fù)原，但因為各種原因如多路徑干擾(Multipath Interference，MPI)問題及光子多次反射后的信號衰減問題產(chǎn)生的噪聲，使得數(shù)據(jù)具有較低的信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于全連接自動編碼機(jī)的瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，該方法是基于瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)分布特點，結(jié)合自動編碼機(jī)的自動編碼功能及去噪學(xué)習(xí)能力實現(xiàn)，旨在提取瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)潛在特征及去除大部分噪聲，提高數(shù)據(jù)信噪比，實現(xiàn)瞬態(tài)圖像的數(shù)據(jù)增強(qiáng)。。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

基于全連接自動編碼機(jī)的瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)的增強(qiáng)方法，包括以下步驟：

S1.輸入瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)，利用對數(shù)變換處理進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換，并將處理好的數(shù)據(jù)將作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入全連接自動編碼機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)迭代訓(xùn)練；

S2.在網(wǎng)絡(luò)迭代訓(xùn)練前，設(shè)置全連接自動編碼機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

S3.通過迭代訓(xùn)練得到訓(xùn)練好的全連接自動編碼機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型；

S4.對原始待增強(qiáng)的瞬態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方式與訓(xùn)練時對訓(xùn)練數(shù)據(jù)的操作一致；

S5.將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸入至訓(xùn)練好的全連接自動編碼機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型中，獲得網(wǎng)絡(luò)輸出數(shù)據(jù)；

S6.對網(wǎng)絡(luò)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行逆變換，將數(shù)據(jù)映射回原值域區(qū)間，得到增強(qiáng)數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述步驟S1中，所述利用對數(shù)變換處理進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換，具體實現(xiàn)方式為：