基于非抽样小波字典和稀疏表示的图像去噪方法

图像去噪是图像处理中的关键问题之一,也是图像后续处理的基础,结合近年来兴起的稀疏表示理论,能更好地处理图像去噪问题。通过引入图像稀疏表示框架,从含噪图像自身中优化训练字典,初始字典选择构造非采样小波字典来更好地捕获图像信息,通过反复迭代学习获得高度自适应的过完备稀疏字典,重构图像时构造先验概率矩阵,结合后验概率估计与传统的正交匹配算法提出改进的图像重构算法。实验结果表明,与其他去噪方法相比,该算法具有良好的去噪能力,能较好地保持图像的边缘和细节特征,去噪后的图像更为清晰。     

基于字典学习正则化的图像去噪

稀疏表示因其具有稀疏性、特征保持性等一些特点而被广泛应用于图像处理等领域,为解决图像处理中的去噪问题,提出一种基于图像特征稀疏表示的贝叶斯去噪模型.利用K-means和主成分分析方法计算已分割图像块对应字典的矩阵系数,采用正则化约束条件,迭代计算获取的图像字典与原始图像字典之间的差距,优化噪声图片稀疏特征表示的字典,直到达到优化条件.实验结果表明,与传统的离散余弦变换去噪模型相比,该模型的峰值信噪比较高,随着噪声的不断提高,与噪声图像峰值信噪比的差距也越来越大,且图像失真较少.     

基于稀疏表示与字典学习的彩色图像去噪算法

针对彩色图像在去噪时易产生模糊现象和伪色彩的问题,提出多信息结合字典算法。首先提出了基于RGB颜色空间各通道模值的加权梯度定义,并在此基础上建立了由彩色图像的亮度、加权梯度、颜色信息结合的一种过完备结构字典。其次利用噪声图像的稀疏性,通过不断更新迭代的字典训练过程,找到最优稀疏系数和最优学习字典,从而将噪声信息和图像有用信息分离开,精确重构图像并单求其颜色,进而得到去噪后的彩色图像。实验结果显示,与已有算法相比,本文提出的算法在不同的噪声强度下都取得了更好的视觉效果和更高的客观评价指标值,表明该算法具有良好的去噪性能。     

基于块分类和字典优化的K-SVD图像去噪研究

基于K-奇异值分解（K-SVD）的图像去噪方法使用K-SVD算法训练得到的过完备字典对图像进行稀疏表示去噪,能够在去除噪声的同时较好地保持原始图像信息。但该方法缺少对图像结构特征的考虑;此外,K-SVD算法训练得到的字典中往往含有噪声原子,从而导致该方法在强噪声下去噪性能欠佳。针对这些局限性,提出一种新的去噪方法：基于块分类和字典优化的K-SVD去噪方法。首先通过图像块的分类训练得到与图像结构相适应的字典,能够更为稀疏地表示图像;然后通过噪声原子检测将字典原子分为噪声原子和非噪声原子,并对噪声原子进行替换,减弱噪声原子对去噪性能的影响,得到优化字典;利用优化字典对图像进行稀疏表示去噪。仿真实验表明,与非局部均值去噪、曲波去噪以及经典K-SVD去噪等算法相比,新方法能够取得更好的去噪结果。     

基于对偶字典学习的图像超分辨技术研究

提出一种基于对偶字典学习的图像超分辨方法,通过稀疏重建的方法得到重建的图像,对偶字典通过稀疏表示将低分辨图像和高分辨图像联系起来.在稀疏表示过程中,低分辨图像在低分辨字典上的稀疏表示能够很好地提高对应的高分辨图像在高分辨字典上的稀疏表示效果.将字典的学习建模为包含l1范数优化问题的双层最优化问题,采用隐微分法计算随机梯度下降的期望梯度.仿真实验结果表明,该方法能够达到和联合字典学习方法相同的速度和质量,同时,在实际应用中可以通过神经网络模型学习方法提高算法的速度.与现有的算法比较,表明了该算法的有效性.     

基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪算法

基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪方法研究,在为后续的图像分析、识别以及较高层次的处理提供保证方面具有重要意义。针对遥感图像中存在非局部自相似性和稀疏性,在分析传统稀疏去噪模型的基础上,将具有相似结构的非局部块构建成组,用组作为稀疏表示单元,利用基于组正则化稀疏模型进行图像去噪。此外,针对采用整幅图像进行字典学习具有高计算复杂度,分析组特点,为每个组自适应学习一个字典。最后,为获得有效的去噪结果,利用迭代收缩阈值算法解决L0最小化问题。以"资源三号"遥感图像为数据进行实验,结果表明,该算法能较好地去除遥感图像的噪声,提高图像的峰值信噪比,保持图像结构信息。基于非局部自相似性的遥感图像稀疏去噪算法能够充分利用图像块信息有效的去除图像中的噪声,提高图像质量。     

改进的多尺度学习字典图像去噪算法

常规字典学习方法在单一尺度下对图像进行稀疏表示,不能完全表示图像的有效信息,去噪结果有待提升。针对上述局限性,提出一种改进的多尺度学习字典图像去噪算法。该算法使用改进的自适应阈值曲波变换对图像进行多尺度分解,并以此构建曲波域的多尺度学习字典,通过循环迭代完成字典和稀疏系数更新并叠加对应的曲波域图像块,最后执行曲波反变换得到去噪图像。结果表明,相对常规去噪算法,论文方法的灰度图像去噪结果峰值信噪比平均提升56.6%,结构相似度平均提升0.44;实际B超图像的完全无参考值提高47.3%,专家平定值提高32.3%。结论认为,改进方法对图像的边缘/纹理细节保持好,图像质量提升明显。     

基于联合滤波的聚类稀疏表示图像去噪算法

针对非局部均值去噪算法中噪声对结构聚类影响的问题,提出了一种基于联合滤波预处理的聚类稀疏表示图像去噪算法。利用维纳滤波和巴特沃斯滤波联合滤波处理提取含噪图像中的高频分量,同时减小了噪声对聚类的影响;利用非局部均值去噪的思想将高频图像块进行聚类,每一类图像块单独进行字典学习,增强字典的自适应性;利用多循环字典更新的K-SVD算法进行类内字典学习,增强字典的描述能力。实验结果表明,与传统的K-SVD算法相比,该算法能有效保留图像的结构信息,并且提升了图像的去噪效果。     

基于DCT过完备字典和MOD算法的图像去噪方法

文章介绍了一种DCT过完备字典和MOD算法相结合的图像稀疏表示去噪算法。首先将噪声图像分成小图像块,并运用正交匹配跟踪算法（0MP）在图像的初始化DCT过完备字典上对小图像块进行稀疏分解;然后使用MOD字典学习算法对DCT过完备字典进行更新;最后重复该过程以获得图像的稀疏表示并重构图像。试验结果表明：该方法在实现图像去噪的同时,其去噪性能比传统的方法更有优势。     

学习字典下自适应稀疏度估计的分解去噪算法

针对固定字典下稀疏分解在图像去噪过程中缺乏自适应稀疏度估计和回溯优化等问题,本文在K-SVD学习字典下,利用自适应稀疏度估计匹配追踪(ASMP)方法自适应估计图像的稀疏度,并对原子进行回溯优化选择。算法不仅改善了固定字典的表示性能,同时减少了图像稀疏度人为设定的盲目性又提高了算法鲁棒性。实验表明,与传统的稀疏分解去噪算法相比,学习字典下自适应稀疏度估计的分解去噪算法能获得更高的峰值信噪比。     

自适应超完备字典学习的SAR图像降噪

提出一种基于自适应超完备字典学习的SAR图像降噪。该算法建立在超完备字典稀疏表示基础上,具有较强的数据稀疏性和稳健的建模假设。算法依据相干斑噪声统计特性,通过分步优化字典原子和变换系数自适应构造超完备字典,利用获得的超完备字典将图像局部信息投影到高维空间中,实现图像的稀疏表示,运用正则化方法建立多目标优化模型。最后通过对优化问题的求解重建SAR图像场景分辨单元的平均强度,实现SAR图像的降噪。实验结果表明,该算法对相干斑噪声有很好的抑制效果,并且具有保持图像细节信息的优点。     

核稀疏表示和原子相关度的图像重建

目的 针对目前基于稀疏表示的超分辨率重建算法中对字典原子的选取效率低、图像重建效果欠佳的问题,本文提出了核方法与一种高效的字典原子相关度筛选方法相融合的图像超分辨重建算法,充分利用字典原子与图像的相关度,选用对重建的贡献最大的原子来提高重建的效率和效果。方法 首先,通过预处理高分辨率图像得到高、低分辨率图像样本集,再用字典学习得到高、低分辨率字典对;然后,对字典原子进行非相关处理提高字典原子的表达能力;此后,再利用低分辨率字典,引入核方法和字典原子筛选方法进行稀疏表示,设置阈值筛选高相关原子,低相关度原子对重建贡献度低,在迭代过程中耗费计算量,所以舍去低相关原子,再对普通原子进行正则化处理后加入支撑集,处理后的字典原子对于重建具有很好的表达能力;最后,利用处理后的字典原子对低分辨率图求解稀疏表示问题得到稀疏表示系数,结合高分辨率字典重建出高分辨率图像。结果 实验通过与其他学习算法对比,得到结构相似度（SSIM）、峰值信噪比（PSNR）以及重建时间的结果。实验结果表明：本文方法与对比方法相比,图像重建时间提高了22.2%;图像结构相似度提高了9.06%;峰值信噪比提高了2.30 dB。原有的基于字典学习的方法对于字典选取具有一定的盲目性,所选取的原子与重建图像相关度较低,使重建效果差,本文方法获得的字典原子可以减少稀疏表示过程的时耗,同时提高稀疏表示的精度。引入核方法,改善经典算法中对原子选取的低精度问题,经实验证明,本方法能有效提高重建算法性能。结论 实验结果表明,图像的稀疏表示过程的重建时间明显减少,重建效果也有一定的提高,并且在训练样本较少的情况下同样有良好的重建效率和效果,适合在实际中使用。     

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。     

字典学习模型、算法及其应用研究进展

稀疏表示模型常利用训练样本学习过完备字典, 旨在获得信号的冗余稀疏表示. 设计简单、高效、通用性强的字典学习算法是目前的主要研究方向之一, 也是信息领域的研究热点. 基于综合稀疏模型的字典学习方法已经广泛应用于图像分类、图像去噪、图像超分辨率和压缩成像等领域. 近些年来, 解析稀疏模型、盲字典模型和信息复杂度模型等新模型的出现丰富了字典学习理论, 使得更广泛类型的信号能够被简单性描述. 本文详细介绍了综合字典、解析字典、盲字典和基于信息复杂度字典学习的基本模型及其算法, 阐述了字典学习的典型应用, 指出了字典学习的进一步研究方向.     

基于稀疏表示全局字典学习的图像分类方法

针对传统的稀疏表示字典学习图像分类方法在大规模分布式环境下效率低下的问题,设计一种基于稀疏表示全局字典的图像学习方法。将传统的字典学习步骤分布到并行节点上,使用凸优化方法在节点上学习局部字典并实时更新全局字典,从而提高字典学习效率和大规模数据的分类效率。最后在MapReduce平台上进行并行化实验,结果显示该方法在不影响分类精度的情况下对大规模分布式数据的分类有明显的加速,可以更高效地运用于各种大规模图像分类任务中。     

SAR图像稀疏优化滤波

提出一种基于稀疏优化模型的SAR图像滤波算法。该算法建立在超完备字典稀疏表示基础上,具有较强的数据稀疏性和稳健的建模假设。首先依据SAR图像的结构特征,运用正则化方法建立多目标稀疏优化模型,然后通过冗余字典稀疏优化变换系数,利用冗余字典以及具有点奇异性的小波和线奇异性的剪切波构造超完备字典,最后通过对优化问题的求解,重建SAR图像场景分辨单元的平均强度,实现了SAR图像的滤波。实验结果表明,该算法对SAR图像相干斑噪声具有很好的抑制效果,并且具有增强滤波图像纹理细节特征的优点。     

基于卷积与稀疏编码的半监督学习方法

卷积神经网络(CNN)在半监督学习中取得了良好的成绩,其在训练阶段既利用有标记样本,也利用无标记样本帮助规范化学习模型。为进一步加强半监督模型的特征学习能力,提高其在图像分类时的性能表现,本文提出一种联合深度半监督卷积神经网络和字典学习的端到端半监督学习方法,称为Semi-supervised Learning based on Sparse Coding and Convolution(SSSConv);该算法框架旨在学习到鉴别性更强的图像特征表示。SSSConv首先利用CNN提取特征,并对所提取特征进行正交投影变换,下一步通过学习其稀疏编码的低维嵌入以得到图像的特征表示,最后据此进行分类。整个模型框架可进行端到端的半监督学习训练,CNN提取特征部分和稀疏编码字典学习部分具有统一的损失函数,目标一致。本文利用共轭梯度下降算法、链式法则和反向传播等算法对目标函数的参数进行优化,将稀疏编码的相关参数约束于流形上,CNN参数既可定义在欧氏空间,也可以进一步定义在正交空间中。基于半监督分类任务的实验结果验证了所提出SSSConv框架的有效性,与现有方法相比具有较强的竞争力。     

基于自适应联合字典学习的脑部多模态图像融合方法

针对目前全局训练字典对于脑部医学图像的自适应性不强,以及使用稀疏表示系数的L₁范数取极大的融合方式易造成图像的灰度不连续效应进而导致图像融合效果欠佳的问题,提出一种基于自适应联合字典学习的脑部多模态图像融合方法。该方法首先使用改进的K奇异值分解（K-SVD）算法自适应地从已配准的源图像中学习得到子字典并组合成自适应联合字典,在自适应联合字典的作用下由系数重用正交匹配追踪（CoefROMP）算法计算得到稀疏表示系数;然后将稀疏表示系数的"多范数"作为源图像块的活跃度测量,并提出"自适应加权平均"与"选择最大"相结合的无偏规则,根据稀疏表示系数的"多范数"的相似度选择融合规则,当"多范数"的相似度大于阈值时,使用"自适应加权平均"的规则,反之则使用"选择最大"的规则融合稀疏表示系数;最后根据融合系数与自适应联合字典重构融合图像。实验结果表明,与其他三种基于多尺度变换的方法和五种基于稀疏表示的方法相比,所提方法的融合图像能够保留更多的图像细节信息,对比度和清晰度较好,病灶边缘清晰,客观参数标准差、空间频率、互信息、基于梯度指标、基于通用图像质量指标和平均结构相似指标在三组实验条件下的均值分别为：71.0783、21.9708、3.6790、0.6603、0.7352和0.7339。该方法可以应用于临床诊断和辅助治疗。     

结合级联字典和双层稀疏分解的图像重构

图像重构问题中一个关键的问题是如何选取变换基实现对图像的稀疏分解。根据Meyer图像模型将图像分割为卡通部分（cartoon,or piecewise smooth）和纹理部分（texture）,并用Symlet系列小波基、Contourlet基和离散余弦变换基、波原子分别构造级联字典表示图像的卡通部分和纹理部分。然后利用块坐标松弛法求解优化问题提出结合级联字典和双层稀疏分解的图像重构算法。实验结果表明,与基于单一最佳小波基的重构算法和基于级联字典的匹配追踪算法比较,该算法获得更高的图像重构质量。     

基于拓展稀疏表示模型和LC-KSVD的人脸识别

为了提高人脸的识别率和识别速度及其识别的鲁棒性,提出了基于拓展稀疏表示模型和LC-KSVD（Label Consist K-SVD）的人脸识别算法。针对字典学习中只包含表示能力没有包含类别信息的问题,在原始的稀疏表示模型中添加了残差向量作为系数修正向量,使得拓展稀疏表示模型具有更强的鲁棒性;在字典学习中添加稀疏编码和分类器参数约束项,通过字典学习同时更新稀疏编码和分类器参数,使字典中包含很好的表示能力和判别分类能力。实验结果表明,基于拓展稀疏表示模型和LC-KSVD的人脸识别具有高识别率和低识别速度,并且有很好的鲁棒性。