小波域中双稀疏的单幅图像超分辨

目的 过去几年,基于稀疏表示的单幅图像超分辨获得了广泛的研究,提出了一种小波域中双稀疏的图像超分辨方法。方法 由小波域中高频图像的稀疏性及高频图像块在空间冗余字典下表示系数的稀疏性,建立了双稀疏的超分辨模型,恢复出高分辨率图像的细节系数;然后利用小波的多尺度性及低分辨率图像可作为高分辨率图像低频系数的逼近的假设,超分辨图像由低分辨率图像的小波分解和估计的高分辨率图像的高频系数经过二层逆小波变换来重构。结果 通过大量的实验发现,双稀疏的方法不仅较好地恢复了图像的局部纹理与边缘,且在噪声图像的超分辨上也获得了不错的效果。结论 与现在流行的使用稀疏表示的超分辨方法相比,双稀疏的方法对噪声图像的超分辨效果更好,且计算复杂度减小。     

结合支持向量回归和图像自相似的单幅图像超分辨率算法

目的 基于学习的单幅图像超分辨率算法是借助实例训练库由一幅低分辨率图像产生高分辨率图像。提出一种基于图像块自相似性和对非线性映射拟合较好的支持向量回归模型的单幅超分辨率方法,该方法不需使用外部图像训练库。方法 首先根据输入的低分辨率图像建立图像金字塔及包含低/高分辨率图像块对的集合;然后在低/高分辨率图像块对的集合中寻找与输入低分辨率图像块的相似块,利用支持向量回归模型学习这些低分辨率相似块和其对应的高分辨率图像块的中心像素之间的映射关系,进而得到未知高分辨率图像块的中心像素。结果 为了验证本文设计算法的有效性,选取结构和纹理不同的7幅彩色高分辨率图像,对其进行高斯模糊的2倍下采样后所得的低分辨率图像进行超分辨率重构,与双三次插值、基于稀疏表示及基于支持向量回归这3个超分辨率方法重建的高分辨率图像进行比较,峰值信噪比平均依次提升了2.37 dB、0.70 dB和0.57 dB。结论 实验结果表明,本文设计的算法能够很好地实现图像的超分辨率重构,特别是对纹理结构相似度高的图像具有更好的重构效果。     

基于K近邻稀疏编码均值约束的人脸超分辨率算法

针对低分辨率、低质量人脸图像的超分辨率重建问题,提出了一种基于K近邻稀疏编码均值约束的人脸超分辨率算法。首先,根据人脸块位置先验信息,对训练样本图像块进行聚类,得到与输入人脸图像块位置一致的高、低分辨率稀疏表示字典对;然后,利用低分辨率字典,在稀疏和K近邻稀疏编码均值的共同约束下实现低分辨率图像块的稀疏表示;最后,通过系数映射,结合高分辨率字典实现高分辨率图像块重建,最终将所有高分辨率图像块进行交叠平均得到高分辨率人脸图像。实验结果验证了算法的有效性及先进性。本方法在保持重建人脸图像相似度的基础上,改善了人脸图像的清晰度,提高了超分辨率图像的质量。     

基于稀疏表示和近邻嵌入的图像超分辨率重构

提出基于稀疏表示和近邻嵌入的单帧图像超分辨率重构算法;为低分辨率和高分辨率图像块训练两个基于稀疏表示的过完备字典,在训练的低分辨率图像块和高分辨率图像块中分别选取与这两个字典原子最近的图像块近邻,通过图像块近邻来计算构图像块的权重;一旦得到权重矩阵,高分辨率重构图像块可以由低分辨率图像块与相应权重相乘来表示;与之前的算法相比,所提出的算法在计算字典原子与图像块距离的时候不是逐个图像块进行计算,而是先将图像块聚类,计算字典原子与类中心的距离,在距离最近的一类中选取图像块;计算权重矩阵的时间可以大大减少,提高计算效率;所得到的PSNR与其它算法相比,也有一定提高。     

基于卡通纹理分解和稀疏表示的图像超分辨率重建

针对Yang等人提出的基于稀疏表示的图像超分辨率的重建效果不够理想问题,提出了一种将图像卡通纹理分解和稀疏表示相结合的方法用以实现单幅低分辨率图像的超分辨率重建。本文提出的算法涉及到卡通字典和纹理字典的学习,图像重建过程分为两步。首先重建观测低分辨率图像的卡通高分辨率图像和纹理高分辨率图像,最后将重建的卡通和纹理高分辨率图像线性加权叠加,实现低分辨率观测图像的超分辨率重建。实验结果表明,本文提出的方法在主观视觉和客观指标峰值信噪比(PSNR)上都有明显的提升。     

基于过完备字典的鲁棒性单幅图像超分辨率重建模型及算法

针对单幅含噪图像的超分辨率重建问题,基于图像在过完备字典下的稀疏表示建立了超分辨率重建模型.该模型中低分辨率字典采用K-SVD算法直接训练,高分辨率字典则由高分辨率图像块与低分辨率字典下的同构的表示系数进行逼近求得;近似的高分辨率图像块通过高分辨率字典乘以表示系数得到,为使重建结果对噪声具有鲁棒性,利用基于稀疏表示的噪声图像恢复的方法由重叠的近似高分辨率图像块求得最终结果.实验结果表明,文中模型无论是主观视觉还是客观评价指标均取得了较好的效果,并验证了模型及算法的有效性.     

基于结构组稀疏表示的遥感图像融合

目的 稀疏表示在遥感图像融合上取得引人注目的良好效果,但由于经典稀疏表示没有考虑图像块与块之间的相似性,导致求解出的稀疏系数不够准确及字典学习的计算复杂度高。为提高稀疏表示遥感图像融合算法的效果和快速性,提出一种基于结构组稀疏表示的遥感图像融合方法。方法 首先,将相似图像块组成结构组,再通过组稀疏表示算法分别计算亮度分量和全色图像的自适应组字典和组稀疏系数;然后,根据绝对值最大规则进行全色图像稀疏系数的部分替换得到新的稀疏系数,利用全色图像的组字典和新的稀疏系数重构出高空间分辨率亮度图像;最后,应用通用分量替换（GCOS）框架计算融合后的高分辨率多光谱图像。结果 针对3组不同类型遥感图像的全色图像和多光谱图像分别进行了退化和未退化遥感融合实验,实验结果表明：在退化融合实验中,本文方法的相关系数、均方根误差、相对全局融合误差、通用图像质量评价指标和光谱角等评价指标比传统的融合算法更优越,其中相对全局融合误差分别是2.326 1、1.888 5和1.816 8均远低于传统融合算法;在未退化融合实验中,除了在绿色植物融合效果上略差于AWLP（additive wavelet luminance proportional）方法外,其他融合结果仍占有优势。与经典稀疏表示方法相比,由于字典学习的优越性,计算复杂度上要远低于经典稀疏表示的遥感图像融合算法。结论 本文算法更能保持图像的光谱特性和空间信息,适用于不同类型遥感图像的全色图像和多光谱图像融合。     

基于稀疏表示的单幅图像超分辨率重建

针对单幅低分辨率灰度图像,提出一种基于稀疏表示和字典学习的超分辨率重建算法,通过选择合适的过完备字典,图像块可表示为字典元素的稀疏线性组合。对于输入的低分辨率图像,寻求每一图像块的稀疏表示,利用此表示系数产生高分辨率图像输出。为消除Elad方法重建图像中产生的黑色边缘并提高重建图像的质量,文中在稀疏表示方法的基础上利用反向投影法对其进行改进。仿真实验结果表明,改进算法不仅实现了上述目的,而且在图像信噪比和算法运行效率上都有所提高,从而达到了算法改进的目的。     

基于稀疏表示的单幅图像超分辨率重建

针对单幅低分辨率灰度图像,提出一种基于稀疏表示和字典学习的超分辨率重建算法,通过选择合适的过完备字典,图像块可表示为字典元素的稀疏线性组合。对于输入的低分辨率图像,寻求每一图像块的稀疏表示,利用此表示系数产生高分辨率图像输出。为消除Elad方法重建图像中产生的黑色边缘并提高重建图像的质量,文中在稀疏表示方法的基础上利用反向投影法对其进行改进。仿真实验结果表明,本文改进算法不仅实现了上述目的,而且在图像信噪比和算法运行效率上都有所提高,从而达到了算法改进的目的。     

基于聚类的单帧图像超分辨率重建方法

为解决单幅图像的超分辨重建问题,提出一种基于聚类的单帧图像超分辨率重建方法.从高分辨率样本图像中学习一个结构聚类型的高分辨率字典,利用迭代收缩算法优化目标方程,求得高分辨率图像的表示系数,使用学习到的高分辨率字典对低分辨率图像进行重构.实验结果表明,与总变分方法、软切割方法和稀疏表示方法相比,该方法的单帧图像超分辨率重建效果较好.     

稀疏系数独立可调的单图超分辨率重建

针对基于学习的超分辨率重建图像边缘锐度较好但伪影较明显的问题,提出一种改进的稀疏系数独立可调的超分算法以消除伪影。由于字典训练阶段高分辨率图像和低分辨率图像均已知,认为高维图像空间和低维图像空间对应的稀疏系数不同,故此阶段运用在线字典学习方法分开训练生成较精确的高分字典和低分字典;而在图像重建阶段低分图像已知而高分图像未知,认为两空间的稀疏系数是近似相同的。通过在这两个阶段设置不同的正则化参数,可独立地调整相应的稀疏系数以获得最好的超分效果。实验结果表明,目标高分图像峰值信噪比(PSNR)相比稀疏编码超分方法平均提高了0.45 dB,同时结构相似性(SSIM)指标增加了0.011。超分图像有效地抑制了伪影,并能够较好地恢复图像边缘锐度和纹理细节,提升了超分效果。     

Multitask dictionary learning and sparse representation based single-image super-resolution reconstruction

Recent researches have shown that the sparse representation based technology can lead to state of art super-resolution image reconstruction (SRIR) result. It relies on the idea that the low-resolution (LR) image patches can be regarded as down sampled version of high-resolution (HR) images, whose patches are assumed to have a sparser presentation with respect to a dictionary of prototype patches. In order to avoid a large training patches database and obtain more accurate recovery of HR images, in this paper we introduce the concept of examples-aided redundant dictionary learning into the single-image super-resolution reconstruction, and propose a multiple dictionaries learning scheme inspired by multitask learning. Compact redundant dictionaries are learned from samples classified by K-means clustering in order to provide each sample a more appropriate dictionary for image reconstruction. Compared with the available SRIR methods, the proposed method has the following characteristics: (1) introducing the example patches-aided dictionary learning in the sparse representation based SRIR, in order to reduce the intensive computation complexity brought by enormous dictionary, (2) using the multitask learning and prior from HR image examples to reconstruct similar HR images to obtain better reconstruction result and (3) adopting the offline dictionaries learning and online reconstruction, making a rapid reconstruction possible. Some experiments are taken on testing the proposed method on some natural images, and the results show that a small set of randomly chosen raw patches from training images and small number of atoms can produce good reconstruction result. Both the visual result and the numerical guidelines prove its superiority to some start-of-art SRIR methods.     

基于稀疏表示与线性回归的图像快速超分辨率重建

单幅图像超分辨率的目的是从一幅低分辨率的图像来重构出高分辨率的图像。基于稀疏表示和邻域嵌入的超分辨率图像重建方法使得重建图像质量有了极大的改善。但这些方法还很难应用到实际中,因为其重建图像的速度太慢或者需要调节复杂的参数。目前大多数的方法在图像重建的速度和质量两个方面很难有一个好的权衡。鉴于以上问题提出了一种基于线性回归的快速图像超分辨率重建算法,将稀疏表示和回归的方法有效地结合在一起。通过稀疏表示训练的字典,用一种新的方式将整个数据集划分为多个子空间,然后在每一类子空间中独立地学习高低分辨率图像之间的映射关系,最后通过选择相应的投影矩阵来重建出高分辨图像。实验结果表明,相比于其他方法,本文提出的算法无论在图像重建速度还是重建质量方面都取得了更好的超分辨率重建效果。     

基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建

为了通过软件方式增强遥感影像的空间分辨率,提出了一种基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建算法。基于稀疏表示理论,利用K-SVD字典学习算法求解低分辨率字典及其稀疏系数,将稀疏系数传递至高分辨率字典学习空间,形成高、低分辨率字典对,重建得到高分辨率遥感影像,并在字典学习和稀疏重建两个阶段设置了不同的稀疏度。实验分别采用TM5影像、资源三号影像以及USC_SIPI图像库中的遥感影像进行重建,结果表明,不论重建影像有无噪声,所提算法的峰值信噪比和结构相似指标均高于Bicubic法以及Zeyde的算法。K-SVD和双稀疏度参数的引入,不仅减少了字典学习时间,且具有高的空间分辨率提升能力。     

稀疏字典编码的超分辨率重建

基于学习的超分辨率方法通常根据低分辨率图像从样本库中选取若干特征相似的匹配对象,再使用优化算法进行超分辨率估计,但其结果受匹配对象的质量限制,并且匹配特征一般只选择图像的几何结构信息,匹配准确性较低.提出了稀疏字典编码的超分辨率模型,将高、低分辨率图像特征块统一进行稀疏编码,建立高、低分辨率图像的稀疏关联,同步实现匹配搜索和优化估计,突破了上述方法的限制.应用形态分量分析法提取图像的特征数据,提高了特征匹配的准确性,并同步实现超分辨率重建和降噪功能.优化方法采用稀疏K-SVD算法以提高稀疏字典编码的计算速度.采用自然图像进行实验与其他基于学习的超分辨率算法相比,重建所得到的图像质量更优.     

基于组稀疏表示的在线单帧图像超分辨率算法

基于稀疏表示的图像超分辨率重建算法以近似随机抽取的方式选取字典中的原子来拟合图像片,而实际中的字典原子的选择体现出了很强的结构稀疏性,从而导致算法计算复杂且引入了大量的误差,影响重建图像的质量。针对该问题,提出了一种基于组稀疏表示的在线图像超分辨率重建算法。该方法引入组稀疏理论,仅利用输入的低分辨率图像作为样本来构建组稀疏字典,通过结合组稀疏性和几何对偶性来构建超分辨率图像算法的成本函数,并使用提出的一种迭代的方法进行求解。实验表明,该算法在视觉观察和参数比较上都优于当前主流的超分辨率算法。     

新的基于稀疏表示单张彩色超分辨率算法

传统的基于学习的超分辨率算法普遍采用样本库来训练字典对,训练时间长且对样本库依赖较大。针对传统算法的不足,提出一种新的单张彩色图像超分辨率算法。该方法基于稀疏编码超分辨率模型,利用图像自相似性和冗余特性,并结合图像金字塔结构,采用低分辨率图像本身来训练高、低分辨率图像块的字典对。同时,针对彩色图像,该算法采用一种基于稀疏表示的彩色图像存储技术,将彩色图像的三通道值组合成一个向量进行图像稀疏处理,以更好地维持原始图像细节信息。实验结果表明,与传统的超分辨率算法相比,该算法不但有更好的视觉效果和更高的峰值信噪比(PSNR),而且计算速度快。     

Image super-resolution by dictionary concatenation and sparse representation with approximate L0 norm minimization

This paper proposes a different image super-resolution (SR) reconstruction scheme, based on the newly advanced results of sparse representation and the recently presented SR methods via this model. Firstly, we online learn a subsidiary dictionary with the degradation estimation of the given low-resolution image, and concatenate it with main one offline learned from many natural images with high quality. This strategy can strengthen the expressive ability of dictionary atoms. Secondly, the conventional matching pursuit algorithms commonly use a fixed sparsity threshold for sparse decomposition of all image patches, which is not optimal and even introduces annoying artifacts. Alternatively, we employ the approximate L₀ norm minimization to decompose accurately the patch over its dictionary. Thus the coefficients of representation with variant number of nonzero items can exactly weight atoms for those complicated local structures of image. Experimental results show that the proposed method produces high-resolution images that are competitive or superior in quality to results generated by similar techniques.     

融合邻域回归和稀疏表示的图像超分辨率重构

对于图像超分辨率重建而言,通常会将图像的整体信息作为研究对象。然而图像本身含有的大量结构信息并没有得到充分利用。为了提高超分辨率重建的效果,实现对不同特征信息的利用,提出了一种融合邻域回归和稀疏表示的图像超分辨率重构算法。依据图像所具有的低秩性对高分辨率图像进行分解,获得高分辨率图像的低秩部分和稀疏部分;将对应的低分辨率图像与高分辨率图像的低秩部分和稀疏部分进行训练,学习得到对应的特征字典;基于高分辨率图像的低秩部分和稀疏部分分别基于稀疏表示和邻域嵌入进行高分辨率重构;基于低秩矩阵恢复理论,融合邻域回归和稀疏表示重构的高分辨率图像,得到最终的高分辨率图像。在测试集Set5和Set14上将提出的算法与几种经典算法进行对比实验,可视化和量化结果均表明,相比传统超分辨率算法,提出的算法在PSNR和SSIM都有很好的提升。