基于GPU的SIFT特征匹配算法并行处理研究

SIFT算法因具有旋转、缩放以及平移不变性而在影像配准和基于影像的三维重建领域得到广泛应用。但该算法复杂度较高,在CPU上执行的效率不高,难以满足对实时性要求较高的应用。在深入分析SIFT算法原理的基础上,针对该算法提取特征的多量性和特征向量的高维性,将该算法进行了并行化改造以利用GPU强大的并行计算能力,并与CPU上实现的SIFT算法进行了比较。实验证明,基于GPU的SIFT算法执行效率大幅提升,平均可以达到10倍以上的加速比。     

改进的视角鲁棒KAZE特征匹配算法

针对KAZE特征匹配算法对视角变化敏感,在大视角场景下不能实现正确匹配的问题,提出了一种视角鲁棒的PKAZE(Perspective-KAZE)算法。该算法在原KAZE描述符的基础上,计算特征点邻域内的二阶梯度均值,形成新的扩展的80维描述符;然后利用透视变换模型对待匹配影像进行多视角模拟,在模拟影像上提取改进的KAZE描述符,再进行特征匹配。最后,选取5对含有最多正确匹配数量的影像上的匹配对作为初始结果,利用随机抽样一致算法对初始结果提纯。对多组图像进行了匹配实验,结果表明:与KAZE、尺度不变特征变换(SIFT)和加速鲁棒特征(SURF)算法相比,所提算法对视角变化具有更强的鲁棒性;与透视尺度不变特征(PSIFT)和仿射尺度不变特征(ASIFT)算法相比,本算法匹配正确率更高,分别为PSIFT的2~10倍,ASIFT的2~7倍。提出的算法对视角变化具有很好的鲁棒性,不仅对模拟影像的视角变化很稳健,而且适用于真实三维复杂场景拍摄的大视角影像,具有一定的实用价值。     

空间目标图像的非凸稀疏正则化波后复原

现有的空间目标图像波后处理方法多直接套用自然光学图像的复原技术,效果并不理想。本文通过分析空间目标图像的近似稀疏性和灰度值服从超拉普拉斯分布的独有特点,提出了一个采用正则化方法的非凸稀疏正则化空间目标图像复原模型。在数值计算过程中,根据交替方向乘数法将复原模型分解为两个子问题,对凸优化子问题采用快速傅里叶变换求解,对非凸优化子问题采用固定点迭代方法求解。文中设计了非凸稀疏正则化空间目标图像波后复原的完整算法流程,并针对模拟图像和真实空间目标图像进行了对比验证。结果显示:相对于最近的流行算法,提出方法的最大峰值信噪比提高了2dB,最大平均结构相似度提高了0.17,最大信息熵提高了3.85,图像清晰度提高了2.65。     

面向图像复原的广义岭估计模式法波前重构

为了提高自适应光学图像的复原效果,提出了一种面向图像复原的广义岭估计Zernike模式波前重构算法。首先,按照用时间换精度的思路,把广义岭估计引入自适应光学波前重构算法中。改善最小二乘估计的奇异性,抑制波前测量误差的放大。然后,引入迭代计算提高方程的解算精度,进一步提高点扩散函数(PSF)重建质量。最后,利用广义岭估计重建的PSF对降质图像进行复原实验验证PSF的重建质量。实验结果证明,广义岭估计PSF的复原效果比最小二乘估计PSF高约15%,更接近成像系统的光学衍射极,同时复原计算迭代次数也减少了35%。新算法重构的PSF在图像复原中有更好的图像重建效果。     

基于差分算子边缘约束先验的图像盲复原算法

为了有效克服图像在复原过程的边缘退化、振铃效应等影响,使空间域的边缘先验信息能够灵活的添加到图像复原算法中,依据差分算子描述检测边缘的特性,将数字摄影测量学中的拉普拉斯算子、Robert梯度算子、方向差分算子作为一种新的边缘约束先验引入到图像复原过程中,同时使用Toeplitz矩阵实现图像在空间域解卷积的过程,提出了一种以差分算子为边缘约束先验的空域图像复原算法。模拟数据的实验结果体现了更多的细节信息,相关评价指标表明了该算法的有效性。     

基于梯度投影的图像盲复原算法

为了利用多帧退化图像信息快速恢复出高质量的图像,提出了一种新的递归梯度投影多帧图像盲复原算法。该算法充分利用多帧图像的先验信息,首先给出一种能够有效抑制噪声放大的新的代价函数,然后通过梯度投影算法对新的代价函数进行最小化以推导出迭代公式,最后通过频率域多次递归迭代运算对退化图像进行复原。模拟实验结果证明该算法运算快速,对于不同高斯噪声级别和不同PSF衰退的图像,均能够清晰地恢复出图像细节特征、同时也能够准确地恢复出衰退PSF。     

一种用于版权通知和保护的遥感图像水印算法

本文提出了一种用于版权通知和保护的遥感图像数字水印算法。算法以灰度图像作为可见水印及不可见水印,首先在空域中对遥感图像进行可见水印的嵌入,以实现版权通知功能;然后对图像进行小波变换,在小波域中嵌入不可见水印,以实现版权保护功能。水印提取采用与嵌入相同的逆过程,得到置乱的水印图像,采用一种新的Arnold反变换方法对水印进行反置乱,最终得到嵌入的水印图像。实验表明,嵌入的可见水印很难去除,不可见水印对图像的质量影响很小,并对常规处理具有较好的鲁棒性。     

基于泊松-高斯混合噪声的最大似然改进算法

传统的图像复原算法仅针对高斯噪声进行处理,没有考虑高斯及泊松混合噪声污染。为此,引入泊松-高斯混合分布的成像模型,对基于混合模型的最大似然算法进行有效近似,在此基础上提出基于泊松-高斯混合噪声的最大似然改进算法,避免对噪声敏感性和PSF初始估计的依赖。实验结果表明,与原有算法相比,改进算法复原效果明显,且稳健性较好。     

基于多尺度梯度域引导滤波的低照度图像增强算法

针对低照度彩色图像整体亮度较低，增强图像中颜色易失真，部分图像细节淹没在较低灰度值像素中等问题，提出一种改进的低照度图像增强算法。首先，把待处理图像转换到色调、饱和度、亮度（HSI）颜色空间，对亮度分量进行非线性全局亮度校正；然后，提出多尺度梯度域引导滤波的亮度增强模型，利用该模型对校正后的亮度分量进行增强，接着对增强后的亮度分量进一步实施避免颜色失真的亮度校正；最后，将图像再转换回红绿蓝（RGB）颜色空间。实验结果表明，增强后的图像亮度平均提高90.0%以上，清晰度平均提高123.8%以上，这主要得益于多尺度梯度域引导滤波具有更好的亮度平滑和增强能力；同时由于减小了颜色失真，使增强图像的细节表现能力平均提高18.2%以上；由于采用了多尺度梯度域引导滤波的亮度增强模型与直方图自适应的亮度校正算法，使提出的低照度图像增强算法适宜应用于夜间等弱光源条件下的彩色图像增强。     

小波变换边界处理的一般方法

推导了离散正交波波变换中边界处理的两种一般方法，并从理论上证明用该方法可以保证原始数据的精确恢复。