超分辨率圖像重建關(guān)鍵問題研究.pdf

1、超分辨率圖像重建以獲得高分辨率圖像為目的,其新穎之處在于突破現(xiàn)有成像設(shè)備的硬件限制,通過軟件處理使已獲得的低分辨率圖像增加高頻細(xì)節(jié),移除退化,得到高分辨率圖像。在人們對(duì)圖像分辨率日益提升的需求下,對(duì)超分辨率圖像重建的研究具有重要的理論和實(shí)用意義。
　　本文針對(duì)超分辨率圖像重建中,低分辨率圖像的亞像素級(jí)配準(zhǔn)和超分辨率重建魯棒建模這兩個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行研究。針對(duì)亞像素級(jí)配準(zhǔn)問題,對(duì)比研究并發(fā)展了現(xiàn)有方法,提出了能夠處理位移尺度和運(yùn)動(dòng)形式的

2、變化,并抵抗模糊和噪聲的配準(zhǔn)方法。針對(duì)魯棒建模問題,在圖像建模理論下,結(jié)合并發(fā)展了穩(wěn)健估計(jì)、各向異性擴(kuò)散偏微分方程( Partial Differential Equation,PDE)方法,構(gòu)造了能夠抵抗觀測異常值、模糊和噪聲重疊作用的超分辨率重建模型。研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。
　　首先,針對(duì)全局運(yùn)動(dòng)模型下,多尺度位移和抗退化擾動(dòng)的亞像素級(jí)配準(zhǔn)問題,提出基于非極大值抑制的多尺度位移亞像素級(jí)配準(zhǔn)方法。該方法中設(shè)計(jì)了相

3、位相關(guān)結(jié)合 Taylor級(jí)數(shù)法進(jìn)行多尺度位移的亞像素級(jí)配準(zhǔn),進(jìn)而運(yùn)用非極大值抑制技術(shù)使配準(zhǔn)方法具備了抵抗退化擾動(dòng)的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明,該方法能夠適應(yīng)位移尺度的變化,并能在模糊、噪聲擾動(dòng)下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的亞像素級(jí)配準(zhǔn)。
　　其次,針對(duì)含有全局和局部的復(fù)合運(yùn)動(dòng)視頻圖像,在建立基于視頻對(duì)象的超分辨率重建框架的基礎(chǔ)上,對(duì)視頻背景和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)分處理,兼顧超分辨率重建的效果和效率。針對(duì)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的亞像素級(jí)配準(zhǔn),提出基于灰度統(tǒng)計(jì)特性與邊緣特性串行組

4、合的陰影檢測方法,克服運(yùn)動(dòng)目標(biāo)陰影對(duì)配準(zhǔn)的擾動(dòng),并在塊匹配法基礎(chǔ)上,提出運(yùn)動(dòng)屬性分類及非冗余信息抑制的配準(zhǔn)方法,解決非冗余信息干擾下的局部運(yùn)動(dòng)塊的定位與自適應(yīng)尺度選擇問題,提高了全局及局部運(yùn)動(dòng)的定位精度和配準(zhǔn)精度。
　　然后,針對(duì)超分辨率重建魯棒建模問題,通過推導(dǎo)確定性正則化方法、基于統(tǒng)計(jì)的方法和基于偏微分方程方法的理論聯(lián)系和數(shù)學(xué)等價(jià)性,確立了建模的理論依據(jù)和方法基礎(chǔ)。通過將Tikhonov正則項(xiàng)、HMRF模型(Huber Mar

5、kov Random Field,HMRF)和TV(Total Variation,TV)模型變換到PDE形式對(duì)比分析,構(gòu)造了基于圖像建模超分辨率重建的統(tǒng)一模型,指出圖像模型的設(shè)計(jì)要素為正則函數(shù)和鄰域像素灰度變化描述算子,并給出選取鄰域像素灰度變化描述算子的指導(dǎo)方向。基于 HMRF模型的靈活可調(diào)節(jié)性,提出一種Huber函數(shù)的自適應(yīng)閾值選取方法,使Huber函數(shù)能夠依據(jù)圖像變化更準(zhǔn)確地調(diào)整閾值,增強(qiáng)了HMRF模型抵抗噪聲保持邊緣的能力。<

6、br>　　最后,針對(duì)模糊及噪聲的重疊作用,提出穩(wěn)健增強(qiáng)超分辨率圖像重建模型。通過統(tǒng)計(jì)誤差分析,揭示了觀測數(shù)據(jù)擬合采用最小二乘估計(jì)的低魯棒性,引入穩(wěn)健估計(jì)解決觀測異常值的擾動(dòng)問題。通過對(duì)圖像模型作用于像素的物理機(jī)制的分析,指出了圖像估計(jì)問題不僅限于穩(wěn)健估計(jì),總結(jié)給出圖像處理中估計(jì)模型設(shè)計(jì)的原理。通過推導(dǎo)各向異性擴(kuò)散PDE邊緣停止函數(shù)的構(gòu)造條件,給出了局部自適應(yīng)平滑各向異性PDE核函數(shù)的構(gòu)造條件,并將邊緣停止函數(shù)與穩(wěn)健函數(shù)的關(guān)系擴(kuò)展為各向異