相似性约束的视频超分辨率重建

图像的相似性对超分辨率重建具有重要作用,但是单幅图像不能提供足够的相似信息.提出一种基于相似性约束的视频超分辨率重建算法,针对需要重建的视频帧,通过光流场的初始运动估计和精细的块匹配,搜索到视频序列中具有相似的信息;然后利用相似信息不断修正迭代反投影中的重建误差.实验结果表明本文算法能够增加图像细节,并且可以消除边缘出现的人造效应,获得清晰的图像边缘.     

一种改进的视频超分辨率重建方法

针对目前无人机摄像、照相数据的特点,提出一种基于低分辨率视频重建高分辨率视频的改进方法;采用高斯金字塔光流算法对低分辨率视频及高分辨率图像进行运动估计利用小波频带分解方法提取图像的高频细节,并对视频进行运动补偿,采用凸集投影方法对补偿后视频进行迭代优化;并通过MATLAB仿真实现了以上算法,实验结果证明本文算法重建质量更好、处理速度更快。     

K均值聚类和支持向量数据描述的图像超分辨率算法

目的 为了提高图像超分辨率算法对数据奇异点的鲁棒性,提出一种采用K均值聚类和支持向量数据描述的图像超分辨率重建算法(Kmeans-SVDD)。方法 训练过程:首先用K均值聚类算法将训练图像的近似子带划分为若干类,然后用支持向量数据描述去除每类数据的奇异点,最后在小波域内用主成分分析训练近似子带和细节子带字典。测试过程:根据同一场景高低分辨率图像近似子带相似这一现象,首先将待重建低分辨率测试图像的近似子带作为相应高分辨率测试图像的近似子带,然后由训练得到的字典恢复出高分辨率测试图像的细节子带,最后通过逆小波变换得到高分辨率测试图像。结果 相比于当前双三次插值、Zeyde、ANR与Kmeans-PCA算法,Kmeans-SVDD算法重建的高分辨率测试图像的平均峰值信噪比依次提高了1.82 dB、0.37 dB、0.30 dB、0.15 dB。结论 通过大量实验发现,在字典训练之前加入SVDD过程可以去除离群点,提高字典质量。在小波域中将各频带分开重建,可避免低频图像中包含的不可靠高频信息对超分辨率结果的影响,从而恢复出可靠的高频信息。     

超分辨率重建的素描人脸识别

目的 基于学习的超分辨率重建由于引入了先验知识,可以更好地描述图像的细节部分,显著地增强图像的分辨率,改善图像的视觉效果。将超分辨率重建应用在素描人脸识别中,既可以增加人脸图像的质量也可以有效地提高识别精度。方法 首先利用特征脸算法根据素描图像合成人脸灰度图像,然后对合成的人脸图像利用稀疏表示进行超分辨率重建,最后利用主成分分析对重建前后的合成人脸分别进行识别。结果 在香港中文大学的素描人脸库(CUFS)上进行实验。经过超分辨率重建之后的人脸在眼睛等部位细节描述更好。同时,由于重建过程中引入了先验知识,重建之后的素描人脸识别率有提高。支持向量机算法得到的识别率由重建前的65%提高至66%,本文利用的主成分分析算法得到的识别率由重建前的87%提高至89%。结论 基于超分辨率重建的素描人脸识别算法可以有效地改善合成人脸图像的视觉效果并且提高素描人脸识别精度。     

联合局部约束的邻域嵌入人脸超分辨率重建

目的 现有的基于邻域嵌入的人脸超分辨率重建算法只利用了低分辨率图像流形空间的几何结构,而忽略了原始高分辨率图像的流形几何结构,不能很好的反映高低分辨率图像流形几何结构的关系。此外,其对同一幅图像中的不同图像块选取固定数目的最近邻域图像块,从而导致重建质量的下降。为了充分利用原始高分辨率图像空间的几何结构信息,提出基于联合局部约束和自适应邻域选择的邻域嵌入人脸超分辨率重建算法。方法 该方法结合待重构图像与低分辨率图像样本库的相似性约束与初始高分辨图像与高分辨率图像样本库的相似性约束,形成约束低分辨率图像块的重构权重,并利用该重构权重估计出高分辨率的人脸图像,同时引入自适应邻域选择的方法。结果 在CAS-PEAL-R1人脸库上的实验结果表明,相较于传统的基于邻域嵌入的人脸超分辨率重建方法,本文算法在PSNR和SSIM上分别提升了0.39 dB和0.02。相较于LSR重建方法,在PSNR和SSIM上分别提升了0.63 dB和0.01;相较于LcR重建方法,在PSNR和SSIM上分别提升了0.36 dB和0.003 2;相较于TRNR重建方法,在PSNR和SSIM上分别提升了0.33 dB和0.001 1。结论 本文所提的重建方法在现有人脸数据库上进行实验,在主观视觉和客观评价指标上均取得了较好的结果,可进一步适用于现实监控视频中人脸图像的高分辨率重建。     

视频压缩感知中分级多假设预测算法

目的 多假设预测是视频压缩感知多假设预测残差重构算法的关键技术之一,现有的视频压缩感知多假设预测算法中预测分块固定,这种方法存在两点不足：1）对于视频帧中运动形式复杂的图像块预测效果不佳;2）对于运动平缓区域,相邻图像块的运动矢量非常相近,每块单独通过运动估计寻找最佳匹配块,导致算法复杂度较大。针对这些问题,提出了分级多假设预测思路（Hi-MH）,即对运动复杂程度不同的区域采取不同的块匹配预测方法。方法 对于平缓运动区域的图像块,利用邻域图像块的运动矢量预测当前块的运动矢量,从而降低运动估计的算法复杂度;对于运动较复杂的图像块,用更小的块寻找最佳匹配;对于运动特别复杂的图像块利用自回归模型对单个像素点进行预测,提高预测精度。结果 Hi-MH算法与现有的快速搜索预测算法相比,每帧预测时间至少缩短了1.4 s,与现有最优的视频压缩感知重构算法相比,对于运动较为复杂的视频序列,峰值信噪比（PSNR）提升幅度达到1 dB。结论 Hi-MH算法对于运动形式简单的视频序列或区域降低了计算复杂度,对于运动形式较为复杂的视频序列或区域提高了预测精度。     

边缘结构保持的加权BDTV全光场图像超分辨率重建

目的 全光场相机一次曝光获得4维光场信息,即2维空间信息和2维角度信息.然而,渲染获取图像的空间分辨率较低,角度分辨率也无法满足应用需求.针对此问题,提出一种边缘结构保持加权的超数字化全变分(BDTV)超分辨率重建算法.方法 将重建后图像与不同视角低分辨率图像的边缘拟合误差函数作为数据项的权重,并利用BDTV先验模型去噪和保持边缘.结果 为验证本文方法的有效性,将本文方法与其他方法进行了实验,其结果是无论是在视觉效果还是指标评价方面,本文方法的重建效果和边缘保持效果都优于其他方法,峰值信噪比提升约1 dB,结构相似性指数也有约0.01的提升.结论 本文算法不仅提高了全光场图像的空间分辨率和角度分辨率,同时也更好地保持了图像的边缘信息,特别是当深度图存在误差时,该算法的超分辨率重建和边缘保持效果更为明显.     

纹理边缘引导的深度图像超分辨率重建

目的 深度图像作为一种普遍的3维场景信息表达方式在立体视觉领域有着广泛的应用。Kinect深度相机能够实时获取场景的深度图像,但由于内部硬件的限制和外界因素的干扰,获取的深度图像存在分辨率低、边缘不准确的问题,无法满足实际应用的需要。为此提出了一种基于彩色图像边缘引导的Kinect深度图像超分辨率重建算法。方法 首先对深度图像进行初始化上采样,并提取初始化深度图像的边缘;进一步利用高分辨率彩色图像和深度图像的相似性,采用基于结构化学习的边缘检测方法提取深度图的正确边缘;最后找出初始化深度图的错误边缘和深度图正确边缘之间的不可靠区域,采用边缘对齐的策略对不可靠区域进行插值填充。结果 在NYU2数据集上进行实验,与8种最新的深度图像超分辨率重建算法作比较,用重建之后的深度图像和3维重建的点云效果进行验证。实验结果表明本文算法在提高深度图像的分辨率的同时,能有效修正上采样后深度图像的边缘,使深度边缘与纹理边缘对齐,也能抑制上采样算法带来的边缘模糊现象;3维点云效果显示,本文算法能准确区分场景中的前景和背景,应用于3维重建等应用能取得较其他算法更好的效果。结论 本文算法普遍适用于Kinect深度图像的超分辨率重建问题,该算法结合同场景彩色图像与深度图像的相似性,利用纹理边缘引导深度图像的超分辨率重建,可以得到较好的重建结果。     

融合图像显著性与特征点匹配的形变目标跟踪

目的 针对目标在跟踪过程中出现剧烈形变,特别是剧烈尺度变化的而导致跟踪失败情况,提出融合图像显著性与特征点匹配的目标跟踪算法。方法 首先利用改进的BRISK（binary robust invariant scalable keypoints）特征点检测算法,对视频序列中的初始帧提取特征点,确定跟踪算法中的目标模板和目标模板特征点集合;接着对当前帧进行特征点检测,并与目标模板特征点集合利用FLANN（fast approximate nearest neighbor search library）方法进行匹配得到匹配特征点子集;然后融合匹配特征点和光流特征点确定可靠特征点集;再后基于可靠特征点集和目标模板特征点集计算单应性变换矩阵粗确定目标跟踪框,继而基于LC（local contrast）图像显著性精确定目标跟踪框;最后融合图像显著性和可靠特征点自适应确定目标跟踪框。当连续三帧目标发生剧烈形变时,更新目标模板和目标模板特征点集。结果 为了验证算法性能,在OTB2013数据集中挑选出具有形变特性的8个视频序列,共2214帧图像作为实验数据集。在重合度实验中,本文算法能够达到0.567 1的平均重合度,优于当前先进的跟踪算法;在重合度成功率实验中,本文算法也比当前先进的跟踪算法具有更好的跟踪效果。最后利用Vega Prime仿真了无人机快速抵近飞行下目标出现剧烈形变的航拍视频序列,序列中目标的最大形变量超过14,帧间最大形变量达到1.72,实验表明本文算法在该视频序列上具有更好的跟踪效果。本文算法具有较好的实时性,平均帧率48.6帧/s。结论 本文算法能够实时准确的跟踪剧烈形变的目标,特别是剧烈尺度变化的目标。     

一种改进的基于序列的超分辨率图像重建算法

该文提出了一种基于多帧的NEDI超分辨率图像重建算法。该算法先利用POCS方法将多帧序列的运动估计补偿到低分辨率图像中,然后再利用NEDI方法对补偿后的图像进行超分辨率图像重建,通过实验仿真证明该算法是有效的。     

基于POCS框架的时空联合自适应视频超分辨率重建算法*

针对传统POCS( projection onto convex sets)算法的局限性,提出了一种基于POCS框架的时空联合自适应视频超分辨率重建算法.通过引入时空联合自适应机制,算法有效地减缓了错误运动估计信息对重建图像质量的影响,克服了传统POCS算法对目标运动剧烈的视频序列重建时存在的噪声放大效应.实验结果表明...     

基于混合POCS的视频图像超分辨率重建

提出混合凸集投影算法HPOCS对视频图像进行超分辨率重建,利用连续视频图像间的互异信息生成更高分辨率的视频图像.该算法首先采用图像匹配估计视频图像间的运动位移;然后进行基于的APEX盲解卷积,估计点扩散函数和理想视频图像;最后在凸集投影的理论框架下进行图像重建.实验表明,HPOCS重建后,视频图像的分辨率相对于原始图像、双线性内插图像和POCS重建图像明显提高,图像边缘更加清晰,细节信息更加突出.     

基于仿射不变约束与快速EKF滤波的航拍图像稳像

考虑到航拍机载成像平台抖动严重、视频稳像匹配环节精度不一致的特点以及航拍图像稳像技术快速、准确的要求,提出了一种结合仿射不变约束与快速扩展卡尔曼(Extend Kalman Filter,EKF)滤波的图像稳像算法。该算法首先以视频参考帧中的角点量作为特征点,通过Harris检测器选择出稳定角点;然后对待配准点构建Delaunay三角网进行初始匹配,提出利用仿射不变约束方法筛选出精确匹配点;最后利用快速EKF运动滤波方法实时估计和修正噪声的统计特性,从而解决摄像机扫描运动中存在的抖动问题。在对大量分辨率为640×480pixel的航拍图像的仿真实验中,可通过仿射不变约束实现精确的模型估计,采用的快速运动补偿方法在补偿过程中耗时为5.054ms,比传统的运动补偿方法节约了69.5%的时间。实验结果表明,该算法能够实时稳定航拍视频帧间的抖动现象,并能有效跟随场景的真实扫描。     

定位图像匹配尺度与区域的摄像机位姿实时跟踪

目的 提出一种定位图像匹配尺度及区域的有效算法,通过实现当前屏幕图像特征点与模板图像中对应尺度下部分区域中的特征点匹配,实现摄像机对模板图像的实时跟踪,解决3维跟踪算法中匹配精度与效率问题。方法 在预处理阶段,算法对模板图像建立多尺度表示,各尺度下的图像进行区域划分,在每个区域内采用ORB（oriented FAST and rotated BRIEF）方法提取特征点并生成描述子,由此构建图像特征点的分级分区管理模式。在实时跟踪阶段,对于当前摄像机获得的图像,首先定位该图像所对应的尺度范围,在相应尺度范围内确定与当前图像重叠度大的图像区域,然后将当前图像与模板图像对应的尺度与区域中的特征点集进行匹配,最后根据匹配点对计算摄像机的位姿。结果 利用公开图像数据库（stanford mobile visual search dataset）中不同分辨率的模板图像及更多图像进行实验,结果表明,本文算法性能稳定,配准误差在1个像素左右;系统运行帧率总体稳定在2030 帧/s。结论 与多种经典算法对比,新方法能够更好地定位图像匹配尺度与区域,采用这种局部特征点匹配的方法在配准精度与计算效率方面比现有方法有明显提升,并且当模板图像分辨率较高时性能更好,特别适合移动增强现实应用。     

基于SIFT的POCS图像超分辨率重建

针对传统的POCS图像超分辨率重建算法中广泛使用的基于改进的Keren配准算法,对于序列帧间存在剪切和非均匀尺度变换现象时,很难做到精确的亚像素级配准,文中讨论了一种基于SIFT算法的POCS序列图像超分辨率重建算法。首先利用SIFT算法提取序列帧与参考帧间的SIFT关键点对,随后选取匹配关键点对,通过RANSAC去除误配点的同时估算出六参数仿射变换参数,最后使用POCS重建算法得到最终的重建结果。实验结果表明：该方法能有效地解决因运动估计不准而引起的重建图像效果不好的问题,特别是在序列帧间存在剪切和非均匀尺度变换现象时,重建效果明显好于传统的POCS算法,具有更强适应性。     

一种基于凸集投影(POCS)的数字图像超分辨率重建算法

该文研究了一种基于凸集投影(POCS)算法的超分辨率图像重建方法,分析了POCS方法恢复图像的理论算法,通过仿真对比了其与双线性插值方法恢复超分辨率图像的差异,仿真结果表明,该方法明显地提高了超分辨率图像的恢复质量。     

分层特征融合网络航拍图像超分辨率重建

基于深度学习的图像超分辨率网络模型复杂度高,特征利用率较低,尤其是应用在复杂拍摄环境中的图像超分辨率重建,由于特征损失严重,最终重建的效果也较差。针对以上问题,提出分层特征融合图像超分辨率网络。引入对称式的分层结构,以增强不同层次图像特征的融合;使用更为密集的残差连接结构,减少局部残差损失,同时缓解梯度消失和梯度爆炸问题;在每个残差块中加入注意力机制,增强网络对图像高频信息的敏感度。为了验证算法在复杂环境中的效果,将模型应用于高空航拍图像超分辨率重建中。实验结果表明,所提算法相比于EDSR算法,在14个不同航拍图像环境中,尤其是复杂场景下的重建,平均PSNR提高了0.31?dB,效果显著。     

基于特征匹配与运动补偿的视频稳像算法

针对在复杂背景下航拍视频的抖动情况,为了实时输出稳定的视频,提出了一种改进的特征匹配算法与全局运动补偿相结合的视频稳像算法。首先,利用尺度不变的SURF算法提取特征点并计算描述符,再结合快速近似最邻近匹配算法得到匹配点对,并通过双向匹配以及K近邻算法筛选优秀匹配点,从而提高匹配正确率;其次,提出了一种局部区域匹配法,提高了算法处理速度,并避免场景内运动目标对稳像效果的影响。通过建立仿射变换模型,求解相邻帧图像的变换参数,进而对图像进行全局运动补偿。结果表明,该算法速度快、匹配精度高,有良好的视频稳像效果。     

基于凸集投影的视频序列单帧增强算法研究

With the rapid development of science and technology in the information age, video surveillance plays an important role in banks, hospitals, hotels and other public places, providing an important way for the application of public security investigation and judicial evidence collection. However, due to the influence of illumination and environment, the image quality is not ideal in some cases. Therefore, how to achieve video image enhancement under the existing conditions has been a hot research topic. Traditional image enhancement algorithms only deal with a single frame image, but the image itself contains less information and the processing effect is not ideal. In this paper, an improved super-resolution reconstruction algorithm based on POCS is proposed, which recon- structs multiple degraded YUV video images with low resolution into one frame with high resolution. Compared with the traditional gray transformation and histogram equalization algorithm, the effect of video image enhancement proposed in this paper is obvious- ly improved.