基于混合数据项的运动去模糊变分方法

运动去模糊是当今图像处理领域的研究热点和难点.鉴于变分能量方程在图像处理中的理论优势,提出了基于变分能量方程的运动去模糊算法.为了利用图像中的梯度信息并消除噪声的影响,采用混合数据项.引入归一化的总变分项,使得运动去模糊的真正解能够使得变分能量下降.由于引入的归一化总变分项求解复杂,引入线性分裂Bregman迭代简化求解过程.由于运动轨迹的复杂性,算法在多尺度框架下进行,从粗尺度到细尺度依次渐近执行,直到最终求得模糊核函数.粗尺度上估计的点扩展函数和恢复的清晰图像作为下一精确尺度变分能量模型求解的初始值.估计出点扩展函数后利用总变分能量方程求得清晰的图像.实验结果验证了算法的有效性.     

基于边缘预测和稀疏约束的湍流图像盲复原

大气湍流严重影响天文观测图像的成像效果,必须对退化图像进行处理才能获得清晰的图像。经典的湍流退化图像盲复原算法(IBD、NAS-RIF等)使用的先验知识过于简单,导致很多场合不能获得较优的复原效果。近几年提出的稀疏表达理论,使用自然图像边缘的稀疏先验信息指导图像复原,能复原出较多的细节,但它直接使用模糊图像的梯度图像指导点扩散函数复原,而模糊的梯度图像包含很多噪声和伪边缘,无效的梯度会误导点扩散函数的估计,从而使复原图像中出现较多伪迹。针对上述问题,提出了一种基于边缘预测和稀疏比值正则约束的湍流退化图像盲复原算法,该算法首先从当前的复原图像中预测出有效的边缘,然后将边缘预测信息与自然图像边缘的稀疏先验信息相结合指导点扩散函数复原,得到点扩散函数后,再通过一种非盲复原算法恢复出当前的目标图像,并将此复原图像作为下一次边缘预测的输入图像,如此迭代循环直到求出最终清晰的目标图像。所提算法结合了图像的先验信息与退化图像自身包含的有效信息,能有效抑制图像复原过程中产生的伪迹,获得令人满意的结果。针对多幅模拟的湍流退化图像进行仿真测试,验证了算法的有效性。     

自适应阈值的超变分正则化图像盲复原

针对一阶总变分盲复原块效应严重的问题,提出了一种自适应阈值的超变分正则化图像盲复原方法来恢复点扩散函数未知的退化图像。对总变分形式进行了分析,提出了超变分正则项,并给出了代价函数的数学模型。用估计的图像噪声确定模型中阈值的大小,然后引进3个辅助变量等价转化代价函数,以便简化后续计算并提高复原效果。最后,利用半二次规整化对模型迭代求解。实验结果表明,复原后图像细节增加且块效应减少,相对于目前已有的方法,信噪比提高了近1dB。恢复效果表明该方法具有较大的实用价值。     

基于光纹特征的激光主动照明图像去模糊

受光学系统离焦、大气扰动、平台振动的影响,激光主动照明系统捕获的图像容易被模糊,而传统的去模糊方法难以取得良好的复原效果,故本文提出基于光纹特征的盲解卷积复原方法来实现图像去模糊。首先将模糊图像降采样,建立尺度金字塔,在尺度空间查找光纹特征图像块。随后基于激光主动照明图像饱和像素较多的特点,提出新的图像退化模型。最后针对模糊核估计、光纹参数更新、清晰图像复原3个步骤,提出适用的能量函数,迭代复原出无噪清晰图像。搭建了主动照明系统,在捕获的激光主动照明图像上进行了实验,并与现有方法进行了对比。结果表明:本文方法不仅能够复原出清晰图像,而且能有效抑制振铃效应,其客观评价指标峰值信噪比(PSNR)优于已有的其他算法。     

基于跨尺度字典学习的图像盲解卷积算法

在模糊核未知情况下利用模糊图像对清晰图像进行复原称为图像盲解卷积问题,这是一个欠定逆问题,现有的大部分算法通过引入模糊核和清晰图像的先验知识来约束问题的解空间。本文提出了一种基于跨尺度字典学习的图像盲解卷积算法,采用降采样图像训练稀疏表示的字典,并将图像纹理区域在该字典下的稀疏表示作为正则化约束引入盲解卷积目标函数中。图像降采样过程减弱了图像的模糊程度,且图像中存在冗余的跨尺度相似块,利用更清晰的图像块训练字典能够更好地对清晰图像进行稀疏表示,减小稀疏表示误差;同时,由于在纹理区域清晰图像的稀疏表示误差小于模糊图像的稀疏表示误差,在该字典下对图像中的纹理块进行稀疏表示,使重建图像偏向清晰图像。本文的算法在Kohler数据集上复原结果的平均峰值信噪比为29.54 dB。在大量模糊图像上的实验验证了本文的算法能够有效解决大尺寸模糊核的复原,并具有良好的鲁棒性。     

基于稀疏表示和Weber定律的运动图像盲复原

针对运动过程中视觉图像易产生运动模糊的问题,提出了一种基于稀疏表示和Weber定律相结合的图像盲复原方法。该方法利用冲击滤波器预测模糊图像的显著边缘梯度,并用多尺度策略由粗到细进行模糊核的估计。然后,对图像盲复原模型进行稀疏正则化约束,并结合反映人类视觉特性的Weber定律对合成模糊图像和真实模糊图像进行盲复原。实验结果表明,本文采用的盲复原算法的性能指标和图像的纹理都达到了较优的复原效果。与近年较好的Rob Fergus去模糊方法和Xu Li去模糊方法相比,对Lena模糊图去模糊后的结构相似度(SSIM)为0.762 4,峰值信噪比(PSNR)提高了1.82~2.99dB;对Cameraman模糊图去模糊后的结构相似度(SSIM)为0.8589,PSNR提高了2.46~5.58dB。另外,本文方法降低了复原图像的边界伪影,符合人的视觉感知特性。     

多范数混合约束的正则化图像盲复原

针对传统的正则化盲复原方法中图像和点扩散函数(PSF)的保真项和正则项分别采用同范数约束致使复原图像的质量下降,估计出的PSF准确性降低的问题,提出了多范数混合约束的正则化图像盲复原方法.首先,复原图像的保真项和正则项分别采用L1范数和全变分(TV)范数来消除复原图像中的阶梯效应并较好地保护复原图像的边缘.其次,PSF的保真项和正则项分别采用L2范数和H1范数以降低估计PSF时参数调节的难度.最后,通过分裂布雷格曼迭代方法对提出的模型进行最优化求解.在人造模糊图像和真实模糊图像上进行了实验,结果表明:提出的方法能够对运动、散焦等多种模糊类型的图像进行有效复原,并准确地估计出相应的PSF.与近年来一些较好的模糊图像盲复原方法相比,不仅在主观视觉效果上有较为明显的改进,而且在客观的改善信噪比(ISNR)上也提高了0.36 dB到14.66 dB.     

基于曲面拟合与广义总变分的卫星图像盲复原

鉴于卫星成像过程中大气与相机系统的模糊效应,提出了一种肓图像复原算法,该算法包括调制传递函数(MTF)估计步与图像复原步.在MTF估计阶段,通过分析卫星成像链路中的每一降质过程,给出了总的MTF的参数模型并用以拟合降质图像的归一化对数振幅谱曲面.在图像复原阶段,给出了一种基于最大后验概率(MAP)估计的边缘保存图像复原算法,该算法假定原始图像边缘的先验分布满足广义高斯分布(GGD)模型并且其形状参数与尺度参数由矩估计法自适应确定.最后算法被证明为一种广义的总变分(Tv)正则化复原方法且由梯度投影法进行优化求解.在数值实验中,通过比较SPOT-5卫星图像与中巴地球资源卫星-02B星(CBERS-02B)高分辨率相机(HR)卫星图像的复原结果,算法在边缘保存与噪声抑制方面都要优于TonyClam等人提出的基于TV正则化的迭代非参数盲复原与L.Bar等人提出的基于Mumford-Shah正则化的迭代参数盲复原.     

基于非负支撑域受限递归逆滤波的自适应图像盲复原

针对原始非负支撑域受限递归逆滤波(NAS-RIF)算法存在的缺点,提出了一种自适应的NAS-RIF图像盲复原算法.首先,在NAS RIF算法的代价函数中加入正则化约束项和空域加权因子,通过自适应地调整正则化参数和空域加权因了来改善算法的抗噪性能,并确保复原的逼真和平滑.然后,在算法的每次迭代中,采用图像分割技术找到准确的目标支持域,并用背景的平均值取代非均匀背景.最后,利用N步重置共轭梯度法优化代价函数,加快了算法的收敛速度.在不同信噪比条件下对两种模糊图像进行了实验,结果显示,采用本文算法得到的信噪比增益(△SNR)分别为6.315 3 dB和8.910 6 dB,表明该算法具有较好的噪声抑制和边缘细节恢复效果.对低信噪比的退化图像,本文算法也能得到更好的复原结果.     

基于边缘分离的去振铃复原

针对模糊图像复原后常常存在的振铃现象,提出了一种基于边缘分离的去振铃复原方法。该方法首先使用基于图像质量评价的降晰函数辨识方法估计模糊图像的降晰函数尺寸,提取模糊图像中的强边缘并平滑边缘区域得到去边缘模糊图像。然后,利用估计降晰函数对去边缘模糊图像进行迭代盲复原。最后,提取边缘增强后加入到复原的去边缘图像中得到完整的复原图像,并对复原图像进行增强。复原过程中为了抑制噪声放大使用了Wiener和离散小波变换(DWT)联合去噪算法对图像的低频区域进行去噪。实验结果表明:与传统的迭代复原算法相比,本算法复原图像的振铃测度降低了34%以上,比基于Fuzzy滤波器的去振铃算法低12.5%以上;同时,本算法复原的图像质量也得到了明显提升。