基于四階偏微分方程的并行圖像去噪研究.pdf

1、在圖像處理領(lǐng)域中，不可避免的是大量的待處理數(shù)據(jù)和各類(lèi)復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算。如今，數(shù)字圖像的處理速度已難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。而并行計(jì)算是提高圖像處理速度最為有效的技術(shù)。并行圖像處理技術(shù)就是為了加快圖像處理的速度，擴(kuò)大圖像處理的規(guī)模，以此來(lái)解決單處理器串行計(jì)算無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模計(jì)算的需求。圖像去噪是圖像處理中的基本問(wèn)題，四階偏微分方程圖像去噪方法具有良好的去噪效果，但其計(jì)算量大，影響其實(shí)時(shí)性。因此，對(duì)四階偏微分方程去噪算法進(jìn)行并行化研究是當(dāng)前非常重要

2、和有價(jià)值的方向。
　　 本文主要研究基于四階偏微分方程的并行圖像去噪算法。首先，給出了一個(gè)改進(jìn)的四階偏微分方程去噪模型。該改進(jìn)模型利用四方向?qū)?shù)信息和對(duì)數(shù)圖像處理(LIP)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造了四方向LIP度量算子來(lái)全面客觀地度量圖像信息，能夠有效地去除噪聲和保護(hù)邊緣細(xì)節(jié)信息，同時(shí)減少了誤差，更符合人類(lèi)視覺(jué)；根據(jù)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化特性，利用噪聲可見(jiàn)度函數(shù)構(gòu)造保真項(xiàng)系數(shù)，進(jìn)一步保持了圖像的邊緣細(xì)節(jié)并避免了人為的估計(jì)噪聲水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

3、明：該改進(jìn)模型能夠更好地去除噪聲，保護(hù)邊緣、細(xì)節(jié)等特征，在視覺(jué)效果和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)上都明顯優(yōu)于原方法。其次，對(duì)改進(jìn)模型設(shè)計(jì)并行算法。通過(guò)分析改進(jìn)模型去噪算法的可并行性，從分治策略的選擇、數(shù)據(jù)劃分、超級(jí)步的劃分等幾個(gè)方面入手，基于MPI編程模型對(duì)改進(jìn)模型設(shè)計(jì)了并行算法，搭建機(jī)群實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該并行算法具有較好的并行性能，提高了計(jì)算效率，縮短了運(yùn)行時(shí)間，而且能保持串行去噪算法的圖像處理質(zhì)量和視覺(jué)效果，體現(xiàn)了并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)和

4、必要性。此外，對(duì)改進(jìn)模型的并行算法做進(jìn)一步優(yōu)化。采用混合編程模型，利用節(jié)點(diǎn)間并行與節(jié)點(diǎn)內(nèi)并行的兩級(jí)并行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多粒度并行算法，并通過(guò)分析混合并行模型的特征，抽象出二維圖像的混合并行時(shí)間模型用來(lái)分析并行算法的性能瓶頸，以此來(lái)尋找優(yōu)化規(guī)律和解決同類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題。利用同樣的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：優(yōu)化的并行去噪算法能保持先前并行算法的圖像處理效果且并行性能更好，驗(yàn)證了混合模型并行算法的優(yōu)越性。最后，將優(yōu)化的并行去噪算法應(yīng)用于天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域