数字破损图像的非线性各向异性扩散修补算法

首先从局部坐标角度分析整体变分（TV）模型与p-Laplace算子的物理意义,从本质上说明p-Laplace算子的扩散性能优于TV模型,进而提出一种基于p-Laplace算子的图像修补算法.该算法利用p-Laplace算子的非线性各向异性扩散的性能来填充受损区域.与TV修补算法相比,文中算法能快速收敛,并达到更好的修补效果,其综合性能优于TV修补算法.     

基于非局部总广义变分的图像去噪

针对全变分(TV)模型在去除图像噪声时容易产生阶梯效应的缺点,将二阶总广义变分(TGV)作为正则项应用于全变分模型中可以有效地去除阶梯效应,并且还能够更好地保持图像边缘纹理结构;利用非局部均值滤波算法的思想来构造非局部微分算子,将非局部微分算子应用于总广义变分模型中,综合提出了一种基于非局部总广义变分的图像去噪新模型。新模型充分利用了图像的全局信息进行去噪。实验结果显示了该模型的有效性和优越性。     

基于Lp范数的局部自适应偏微分方程图像恢复

提出了一种新的基于L_p范数的自适应偏微分方程图像处理模型,改进了Tony Chan的TV变分模型和张红英的p-Laplace模型.TV模型对图像采用全局约束,而新的扩散方程在图像不同的位置上采用不同的约束,具有局部自适应的特性,在扩散的同时更好地保持了图像的边缘信息,进而将其应用到图像恢复(去噪,去除模糊)中去.实验结果表明新模型的综合性能优于Tony Chan和张等现有的模型.     

基于Lp范数的局部自适应偏微分方程图像恢复

提出了一种新的基于Lp范数的自适应偏微分方程图像处理模型, 改进了Tony Chan的TV变分模型和张红英的p-Laplace模型. TV模型对图像采用全局约束, 而新的扩散方程在图像不同的位置上采用不同的约束, 具有局部自适应的特性, 在扩散的同时更好地保持了图像的边缘信息, 进而将其应用到图像恢复(去噪, 去除模糊)中去. 实验结果表明新模型的综合性能优于Tony Chan和张等现有的模型.     

基于指数变量的复小波域自适应扩散图像滤波算法

为了克服传统各项异性扩散模型在图像滤波时出现的阶梯效应和边缘模糊问题,利用复小波变换较好的完美重构性和方向选择性等特点,结合图像的梯度和复小波变换模特征,设计了一种复小波域自适应图像扩散滤波模型,提出了一种基于指数变量的自适应扩散图像滤波算法。通过计算机仿真验证了所提算法的滤波性能,结果表明该算法在低信噪比条件下可有效地滤除图像噪声,并且能较好地保持图像的边缘、纹理等细节信息。     

一种基于形态成分分析的唐卡图像修复算法

基于形态成分分析的图像修复算法,通过增加全变分的方式,使得有毛糙边缘的分段光滑图像恢复效果较好,但易产生阶梯效应。针对该问题,将p-Laplace算子引入到基于形态成分分析的图像修复算法中,既保证图像在边缘的良好扩散能力,又避免在图像平滑区易产生虚假边缘的缺陷,同时对噪声有更好的抑制作用。实验结果表明,该算法对于唐卡图像中出现的折痕或划痕、斑块状破损有较好的修复能力。     

基于p—Laplace算子的CDD图像修补算法

图像修补是图像复原研究中的一个重要内容,它的目的是根据图像现有的信息来自动恢复丢失的信息,其可以用于旧照片中丢失信息的恢复、视频文字去除以及视频错误隐藏等。对如何将基于曲率驱动扩散模型用于图像修补进行了讨论,并提出一种基于p-Laplace算子的CDD图像修补算法,利用p-Laplace算子的非线性各向异性扩散的性能来填充受损区域,主要修补有划痕的旧照片和被文字覆盖的图像。采用峰值信噪比和运算时间两个参数来评定图像的修补效果。对修补后的图像来说,其峰值信噪比越大,修补时间越短,说明修补的效果越好和速度越快。实验结果表明,与原方法相比,能提高图像修补速度,使图片边缘过渡更加自然,修补效果得到改善。     

隐式曲面上图像扩散的高阶模型

用零水平集函数表达3维曲面,应用曲面上图像梯度的切投影表达其内蕴梯度,把基于梯度的图像扩散变分模型从平面图像拓展到了隐式曲面上的图像处理。基于内蕴梯度的变分模型对曲面上的图像进行扩散的同时可有效地保持其边缘,但像平面图像扩散的变分模型一样会在本该光滑的区域产生明显的阶梯效应。为消除阶梯效应,引入内蕴散度建立了基于内蕴梯度和内蕴散度的隐式曲面上图像扩散的变分模型,并以TV (total variation) 模型、PM(peronamalik)模型为例对所提出的模型的有效性进行了数值验证,实验结果表明该类模型在保持图像边缘的同时可以有效地抑制阶梯效应。     

高阶图像扩散模型的中值公式

经典的TV（Total Variation）模型在对图像扩散的同时能有效保持图像边缘,但该类模型所得到的结果具有明显的阶梯效应,其改进的方案之一是在能量泛函中增加高阶项。但其对应的偏微分方程计算效率非常低。基于中值公式开展了如下研究：给出了TV-L²,TV-L¹变分图像扩散模型中值公式的四邻域、八邻域计算过程实现;提出了基于散度的高阶图像扩散的中值公式。实验证明高阶TV模型能很好地消除阶梯效应,将中值公式应用于图像扩散模型,提高了计算效率。     

基于自适应耦合局部数字全变分的超分辨重建

如何更好地保持重建图像的边缘信息是当今超分辨率重建技术的一个重要研究课题。针对基于全变分模型的超分辨率重建方法容易产生阶梯效应的不足,利用图像局部模糊熵信息,设计一个表征图像区域结构特征的局部自适应度量函数。利用该函数对全变分模型和超数字化全变分模型进行耦合,进而提出一种基于自适应耦合局部数字全变分模型的超分辨率重建方法。实验结果表明,该方法在保持图像几何边缘结构和消除平坦区域阶梯效应方面能力较强,重建效果较好。     

Total Variation Wavelet Inpainting

We consider the problem of filling in missing or damaged wavelet coefficients due to lossy image transmission or communication. The task is closely related to classical inpainting problems, but also remarkably differs in that the inpainting regions are in the wavelet domain. New challenges include that the resulting inpainting regions in the pixel domain are usually not geometrically well defined, as well as that degradation is often spatially inhomogeneous. We propose two related variational models to meet such challenges, which combine the total variation (TV) minimization technique with wavelet representations. The associated Euler-Lagrange equations lead to nonlinear partial differential equations (PDE’s) in the wavelet domain, and proper numerical algorithms and schemes are designed to handle their computation. The proposed models can have effective and automatic control over geometric features of the inpainted images including sharp edges, even in the presence of substantial loss of wavelet coefficients, including in the low frequencies. Existence and uniqueness of the optimal inpaintings are also carefully investigated. Research supported in part by grants ONR-N00014-03-1-0888, NSF DMS-9973341, DMS-0202565 and DMS-0410062, and NIH contract P 20 MH65166.     

基于张量扩散的小波域修复模型

在JPEG2000图像压缩标准中,有损传输过程中的小波系数的丢失将严重影响接收端图像的质量.为了修复丢失的或被损坏的小波系数,本文提出了一种基于张量扩散的小波域修复模型(TDWI),该混合模型将结构自适应各向异性正则与小波表示结合起来.同时推导该模型对应的Euler-Lagrange方程,并据此来分析它在像素域的几何正则性能.由于在正则项中采用了矩阵值的结构张量,该模型的扩散核的形状随着图像的局部结构特征(包括尖锐边缘、角点和各向同性区域)自适应地变化.与已有的小波域修复模型相比,本文所提模型能更自适应地、更准确地控制像素域的几何正则性,并对噪声有更强的鲁棒性.另外,本文采用了一个更加有效且适合的数值实现方法来进一步改善所提模型的修复性能.最后,给出了各种丢失情形下的实验结果来表明该模型在小波域修复性能和抗噪性能等方面的优越性.     

基于双十字曲率驱动扩散模型的图像修复算法

当前各种基于曲率驱动扩散(CDD)模型的图像修复算法在修复待修复点时均只利用了其邻域中的4个点的参考信息,使修复后的图像边缘过渡不自然且修复精度不够高。针对以上问题,提出了基于双十字CDD的图像修复算法。该算法在充分利用原始CDD算法中4个邻域点的参考信息得到待修复点的修复像素值的基础上,再利用新引入的4个点的参考信息得到一个新的修复像素值,并将这两个修复像素值进行加权平均得到最终的修复像素值。最后,将提出的算法和原始的CDD算法以及改进的CDD算法用于实例验证,其结果表明,新提出的算法在不增加算法时间复杂度的条件下,使得图像边缘过渡更加自然,修复精度得到了有效提高。     

小波变换与纹理合成相结合的图像修复

目的 为了克服传统的图像修复算法在结构和纹理边界的错误修复,利用小波变换域的系数特征,探讨了一种基于小波变换与纹理合成相结合的修复算法。方法 算法先利用小波变换将待修复图像分解成具有不同分辨率的低频子图和高频子图,然后根据不同子图各自的特征分别进行修复。对代表图像结构信息的低频子图,采用FMM(fast marching method)算法进行修复;对代表图像纹理信息的高频子图,根据各子图中小波系数的特征,利用纹理合成方法进行修复。结果 分层、分类修复方法对边缘破损具有良好的修复效果,其峰值信噪比相比于传统算法提高了1~2 dB。结论 与相关算法相比,本文算法的综合修复能力较好,可以有效修复具有较强边缘和丰富纹理的破损图像,尤其对破损自然图像的修复,修复后图像质量得到较大提升,修复效果更符合人眼视觉效应。     

基于全变分和边界重构的纹理图像修复方法

在修复纹理图像时,将来自受损图像周边的像素或选出的纹理沿等照度线方向复制到受损区域内可能引起边界模糊。为解决上述问题,通过全变分将图像分解成骨架图和纹理图,用边界重建方法修复图像的骨架图部分,在修复的骨架图的导引下用纹理合成方法修复纹理图部分,使图像的纹理和结构得以同时修复。实验结果证明,该方法对具有复杂结构的纹理图像具有较好的修复结果。     

基于图的数字全变差模型及其带噪图像任意精度放大

分析了利用Sobolev空间Tikhonov正则化模型对带噪图像进行放大的不足，基于图像的修复模型，提出带噪图像放大的数字全变差模型．利用有向图构造出兼顾噪声去除和图像放大的数字TV滤波器，并利用该滤波器提出一种新颖的图像放大算法．作为算法对比，利用Sobolev空间Tikhonor正则化模型，提出相对应的数字Tikhonov放大算法．结果表明：数字TV放大算法明显优于数字Tikhonov放大算法，不仅较好地抑制了噪声的影响，而且使得任意精度放大的图像边缘清晰、过渡自然，特别适合于目标边缘明显的一类非纹理的医学图像的放大。     

二阶总广义变分小波修复模型

目的 针对全变分小波修复模型易导致阶梯效应的缺陷,提出一种加权的二阶总广义变分小波修复模型。方法 不同于全变分小波修复模型,假设的新模型引入二阶导数项且能够自动地调解一阶和二阶导数项。另外,为有效地利用图像的局部结构信息,新模型引入了权函数,它既能保护图像的边缘又增强光滑区域的去噪能力。 为有效地计算新模型,利用交替方向法将该模型变为两个子模型, 然后对两个子模型分别给出相应的理论和算法推导。结果 相比最近基于全变分正则小波修复模型(平均信噪比,平均绝对误差及平均结构相似性指标分别为21.884 4,6.857 8,0.827 2),新模型得到更好的修复效果(平均信噪比,平均绝对误差及平均结构相似性指标分别为22.313 8,6.626 1,0.831 8)。结论 与全变分正则相比,二阶总广义变分正则更好地减轻阶梯效应。目前, 国内外学者对该问题的研究取得一些结果。由于原始-对偶算法需要较小的参数,所以运算的速度较慢,因此更快速的算法理论有待进一步研究。另外,该正则能应用于图像去噪、分割、放大等方面。