基于分数阶微分的岩石裂隙图像增强

从分数阶微分对图像细微细节的增强能力出发,对分数阶微分的机理进行分析。将算子模板的非零权值平分到与常系数“1”距离相同的像素点中,利用周围像素点的自相关性,得到一种改进的分数阶微分算子模板。实验结果表明：对于纹理细节信息丰富的图像而言,分数阶微分对灰度变化不大的平坦区域中的纹理细节信息的提取效果明显优于整数阶微分运算。     

分数阶微分和小波分解最优用于图像增强

从分数阶微分和小波分解的特点出发,提出一种用于图像增强的FWE(Fractional Differential and Optimal Wavelet De-composition Used in Image Enhancement)方法,即通过在一定分解层数范围内分别计算图像经小波分解所得各分量信息熵最大值所对应的分解层来确定一个最优分解层N,使用新提出的分数阶微分掩模对原始图像以及图像经小波分解与重构的第N层各分量信号有针对性地进行处理.对处理结果进行叠加,可深度地保留图像原有特征,同时对灰度变化不明显区域图像纹理细节也得到增强.从实验对比结果来看,这种方法和一定范围内最优小波分解层的确定是可行的.     

基于分数阶微分的视网膜血管图像增强

从分数阶微分对图像纹理细节的增强能力出发,对分数阶微分的机理进行分析,根据分数阶微积分的G-L定义推导出的差分公式与向量合成定理构建了近似的16方向分数阶微分模板,并将其应用于视网膜血管图像增强中。实验结果表明,对于纹理细节信息丰富的视网膜血管图像而言,分数阶微分对灰度变化不大的平坦区域中的纹理细节信息的提取效果明显优于整数阶微分运算。     

基于分数阶微分的图像增强模板

根据二维数字图像具有自相关性,为了充分利用邻近像素点的信息,推导出基于分数阶Riemann-Liouville定义的模板系数,构造了八个方向的分数阶图像增强模板;同时引进信息论中熵的概念对图像增强后的纹理保留效果进行定量分析。实验表明,提出的分数阶微分图像增强模板与传统方法相比具有更好的增强效果,并有效保留了图像的纹理细节信息,对纹理具有特殊需求的应用具有一定意义。     

基于1~2阶分数阶微分的图像增强算法

在利用分数阶微分进行图像增强时,现有方法大多是基于0~1阶分数阶微分,而基于1~2阶分数阶微分的方法较少。为此,分析1~2阶分数阶微分对图像增强的作用,基于1~2阶分数阶微分构造一种用于图像增强的掩模算子。实验结果表明,该算子优于常用的频域法和空域法,比现有的一些0~1阶分数阶微分算子具有更好的图像增强效果。     

基于分数阶微分的图像增强模板构造

为充分利用图像目标像素点周围8个方向及其邻近像素点的信息,构造一种新的分数阶微分图像增强模板,并根据分数阶微分的Riemann-Liouville定义,推导出模板系数。利用该模板及其它分数阶微分图像增强模板,分别对灰度图像和彩色图像进行图像增强处理实验;引入图像熵的概念和计算公式,对图像增强结果进行熵值比较。实验及熵值结果表明,该分数阶微分图像增强模板能有效保留图像的纹理细节和边缘信息,图像增强效果更为明显且熵值最大。     

基于局部特征的分数阶微分图像增强方法

一般情况下分数阶微分模板一经确定,再用其进行滤波时并不随图像的局部信息而变化,它不具有灵活性。针对分数阶微分模板滤波的这种局限性,提出了一种基于局部特征的分数阶微分图像增强的方法。在3×3对称分数阶微分模板的基础上找出与拉普拉斯模板的关系,从而得到加权的拉普拉斯模板表示的分数阶微分模板;根据图像的局部均值与标准差的关系对加权的拉普拉斯模板进一步改进,得到基于局部特征的分数阶微分图像增强的方法,它使分数阶图像增强模板能够根据局部特征灵活地进行滤波。将其与其他的图像增强算法比较,实验证明基于局部特征的分数阶微分图像增强算法能获得更好效果。     

数字图像的Caputo分数阶微分增强

为了提高图像的对比度,提出一种基于Caputo定义的分数阶对比度增强算法.首先给出分数阶Caputo定义的分数阶方向微分和数值计算方法,并推导了8个方向的分数阶微分模板;用8个方向的微分均值替换该点原像素值,得到增强后的图像;最后证明了二阶Laplacian算子是文中方法的一个特例.实验结果表明,该方法能明显地改善图像的对比度,突出图像的细节信息,增强后的图像具有较好的视觉效果.     

基于自适应Riesz分数阶微分的雾天图像增强

为了提高雾天图像的清晰度,解决分数阶微分阶数取值的单一性问题,提出了一种新的自适应分数阶微分的图像增强方法。基于具有六阶精度的Riesz分数阶微分的近似计算公式,构造了一种新的高精度分数阶微分掩模——RH算子,并对其进行改进,形成了IRH算子。针对图像局部特征建立了分数阶微分函数,提出了一种分数阶微分选取准则,实现了阶数逐点自适应选取的方法。结合IRH算子,形成了自适应IRH图像增强算法。对于彩色图像,由于RGB空间各通道之间独立性低,对各通道增强后再叠加可能会出现颜色失真,因此将图像由RGB空间转化到HSV空间且只对亮度通道进行增强处理。选择一组雾天图像进行了实验,并与Tiansi算子,基于分割的自适应分数阶微分图像增强算法以及自适应分数阶微分的复合双边滤波算法进行了比较,实验结果表明所提算法具有明显的增强效果,并且通过计算信息熵和平均梯度进一步表明了该算法的有效性。     

基于G—L分数阶微分的图像边缘检测

传统的基于整数阶微分的图像边缘检测算子,存在对噪声敏感、抗干扰能力差,提取图像边缘信息简单等缺点。分数阶微分能加强信号的高频成分,同时对信号的中低频成分进行非线性保留。本文根据分数阶微分的G L定义,推导出分数阶微分的差分表达式,构造5×5大小的分数阶微分算子模板,并采用Sobel算子、Prewitt算子和Laplacian算子进行图像边缘检测的仿真实验。仿真实验结果表明,相比整数阶微分算子,分数阶微分算子抗噪声性能强,能有效保留图像平滑区域中的纹理细节信息,图像边缘检测结果的信息也更为丰富。     

用分数阶微分提取图像边缘

文章是分数阶微分在图像处理中的尝试性应用。首先通过理论上分析得出分数阶微分可以大幅提升信号高频成分,增强信号的中频成分,非线性保留信号的甚低频。据此分析得出分数阶微分应用于图像边缘信息提取将获得高于传统基于一、二阶微分的方法的信噪比。然后由经典的分数阶微分定义出发,推导出了分数阶差分方程,构建了近似的分数阶Tiansi微分模板。最后通过图像边缘提取的实验表明：基于分数阶微分算子不仅可以有效提取图像边缘,而且比整数阶微分算子具有更高的信噪比。为拓展分数阶微分的应用领域,进行了有意义的探索。     

数字图像的Riemann-Liouville分数阶微分增强方法

针对传统图像增强过程中存在丢失细节且容易出现欠增强或过增强的不足,提出一种基于RiemannLiouville分数阶微分的图像增强方法.该方法利用基本分数阶微积分的形式,根据数字图像的自相关性对RiemannLiouville分数阶微分中常数分数阶微分不为0的情况进行改进;定义了新的微分增强模板系数,构造了8个方向的分数阶微分卷积模板,并将其应用于图像增强.实验结果表明,文中方法在对图像高频信息进行提升的同时能够有效地提升图像的中低频信息,使得图像的纹理细节,特别是边缘信息更加突出,图像的清晰度及信息熵等图像质量指标有明显的提高,增强后图像的视觉效果良好.     

基于四元数分数阶方向微分的图像增强

根据已有的四元数和分数阶微分的知识, 以及它们在现代信号处理中的应用, 推导出一种新知识: 四元数分数阶方向微分, 并将其应用于图像增强. 该方法首先将一幅彩色图像用一个四元数函数表示, 给出四元数函数的分数阶方向微分的定义和计算方法, 继而推导出沿八个方向的四元数分数阶方向导数的数值计算模板, 并根据八个方向的分数阶导数求出图像平面中各点的四元数分数阶方向微分的矩的最大值, 以该最大值代替该点的像素值, 从而得到增强后的图像. 实验结果表明, 该方法应用于图像增强能使图像边缘明显突出、纹理更加清晰和图像平滑区域信息得以非线性保留, 其视觉效果明显优于传统的微分锐化方法.     

基于NSCT和分数阶微分的多聚焦图像融合方法

为了增加图像的细节信息,提出了一种基于NSCT和分数阶微分的多聚焦图像融合方法。首先采用NSCT将源图像分解为低频子带和高频子带,低频融合规则以基于局部对比度的变化显著度最大为决策图,高频融合规则以基于分数阶微分算法的梯度最大为决策图。最后通过逆NSCT得到融合图像。通过对比多组融合图像主、客观评价结果表明,该方法能有效保留边缘信息。     

基于自适应分数阶的医学图像非刚性配准

现有的医学图像配准算法对于灰度均匀、弱边缘以及弱纹理图像易陷入局部最优从而导致配准精度低下、收敛速度缓慢. 分数阶主动Demons (Fractional active Demons, FAD)算法是解决该问题的有效方法, 并且适用于图像的非刚性配准. 但FAD中的最佳分数阶阶次是人工交互选取, 并且对整幅图像都是固定不变的. 为了解决该问题, 提出一种阶次自适应的主动Demons算法并将其应用到医学图像的非刚性配准中. 算法首先根据图像的局部特征建立分数阶阶次自适应的数学模型, 并逐像素计算最优阶次, 基于该阶次构造Riemann-Liouvill (R-L)分数阶微分动态模板; 然后将自适应R-L分数阶微分引入到Active Demons算法, 在一定程度上缓解了图像配准在弱边缘和弱纹理区域易陷入局部最优问题, 从而提高了配准精度. 通过在两个医学图像库上进行实验验证, 实验结果表明该方法可以处理灰度均匀、弱纹理和弱边缘的医学图像非刚性配准, 配准精度得到较大提升.     

基于分段直方图均衡化技术的图像增强

分析了传统灰度图像直方图均衡化算法存在的优缺点,提出了基于分段直方图均衡化技术的图像增强算法。该算法基于图像的特点,利用K均值聚类算法将图像分成几个灰度区间,然后再分别进行均衡化。实验结果表明,该算法对灰度呈现两端分布且低灰度区域有较多像素点分布的图像有较好的增强效果。