正则化技术和低秩矩阵在稀疏表示超分辨率算法中的应用

为了有效地利用图像的特征作为指导重建的先验知识,解决常规超分辨率算法对边缘与结构等细节恢复不足的问题,提出一种改进的超分辨率算法.对待重建图像进行低秩分解,得到不同特征的低秩子图像和稀疏子图像;对于低秩子图像,提出采用基于正则化技术的稀疏表示超分辨率算法进行重建,先通过在低秩子图像中寻找相似图像块构造非局部相似正则化项,得到图像的非局部冗余,以保持边缘信息;再通过局部线性嵌入方法构造流形学习正则化项,获得图像的结构先验知识,以增强结构信息.对于稀疏子图像则不参与稀疏表示超分辨率重建,而是采用双三次插值法进行重建.实验结果表明,与其他算法相比,无论在主观视觉效果上,还是在峰值信噪比和结构相似性指标上,文中算法都有显著的提高.     

压缩视频的正则化投影超分辨率重建

压缩视频超分辨率（SR）技术利用压缩后的低分辨率（LR）图像序列来重建高分辨率（HR）图像的技术,是当前视频超分辨率技术研究的热点。在正则化理论和凸集投影理论的基础上,利用比特流中的量化信息,提出了一种正则化投影超分辨率重建算法;通过正则化代价函数引入图像序列的时间域和空间域的先验信息,使用迭代梯度下降算法对正则化代价函数求解得到重建图像,最后利用凸集投影算法对求得的估计图像进行DCT域投影重建。仿真实验结果表明,该自适应算法较传统算法,其重建图像的主、客观质量有一定的提高,适合压缩图像的应用。     

基于结构张量的视频超分辨率算法

针对传统正则化超分辨率（SR）重建模型中,正则化参数选择过大会使重建结果模糊,导致边缘和纹理等细节丢失,选择过小模型去噪能力又不足的问题,提出一种基于结构张量的双正则化参数的视频超分辨率重建算法。首先,利用局部结构张量对图像进行平滑区域和边缘的检测;然后,利用差异曲率对全变分（TV）进行先验信息加权;最后,对平滑区域和边缘采用不同的正则化参数进行超分辨率重建。实验数据显示提出的算法将峰值信噪比（PSNR）提高了0.033～0.11 dB,具有较好的重建效果。实验结果表明：该算法能够有效地提升低分辨率（LR）视频帧重建效果,可应用于低分辨率视频增强、车牌识别和视频监控中感兴趣目标增强等方面。     

一种自适应正则化的图像超分辨率算法

提出一种自适应正则化的图像超分辨率重建算法. 首先, 利用局部残差均值自适应地计算各低分辨率图像通道的权值参数矩阵, 可有效地利用各通道对应区域间的交叉信息; 其次, 利用正则项局部误差均值自适应地计算平衡正则项和保真项的正则化参数矩阵, 能较好地保持图像边缘纹理等信息.实验结果表明本文算法不但具有较高峰值信噪比(Peak signal to noise ratio, PSNR) 和结构相似度(Structural similarity, SSIM), 而且在边缘、纹理等细节区域具有更好的重建效果.     

优化加权TV的复合正则化压缩感知图像重建

目的：压缩感知理论突破了传统的Shanon-Nyquist采样定理的限制,能够以较少的采样值来进行原信号的恢复。针对压缩感知图像重建问题,本文提出了一种基于优化加权全变差（Total Variation, TV）的复合正则化压缩感知图像重建模型。方法：提出的重建模型是以TV正则化模型为基础的。首先,为克服传统TV正则化会导致重建图像的边缘和纹理细节部分模糊或丢失的缺点,本文引入图像的梯度信息估计权重,构建加权TV的重建模型。其次,利用全变差去噪（Rudin–Osher–Fatemi,ROF）模型对权重进行优化估计,从而减少计算权重时受噪声的影响。再次,本文将非局部结构相似性先验和局部自回归性先验引入提出的加权TV模型,得到优化加权TV的复合正则化重建模型。最后,结合投影法和算子分裂法对优化模型求解。结果：针对自然图像的不同特性,本文使用复合正则化先验进行建模,实验表明上述重建问题通过我们的方法得到了很好的解决,加权TV正则化先验使得图像的平坦区域和强边重建较好,而非局部结构相似性先验和局部自回归性先验能够保证图像的精细结构部分的重建效果。结论：本文提出了一种新的复合正则化压缩感知重建模型。与其它基于TV正则化的重建模型相比,实验结果表明本文模型的重建性能无论是在视觉效果还是在客观评价指标上都有明显的提高。     

基于压缩感知的自适应正则化磁共振图像重构

当前基于压缩传感理论的正则化磁共振(CS-MR)图像重构算法普遍采用全局正则化参数,不能很好地在保持边缘和平滑噪声方面做出平衡。为此,提出一种自适应的正则化CS-MRI重构算法。结合图像稀疏性和其局部光滑性的先验知识,采用非线性共轭梯度下降算法求取最优化问题,并在迭代过程中自适应地改变局部正则化参数。新的正则化参数可以更好地恢复图像边缘,并且有利于平滑噪声,使代价函数在定义域内具有凸性;同时先验信息包含于正则化参数中,以提高图像的高频成分。实验结果表明该算法能有效权衡恢复图像边缘和平滑噪声两者的关系。     

压缩图像空时自适应正则化超分辨率重建

所谓超分辨率(SR)技术就是由低分辨率(LR)图像序列来重建高分辨率(HR)图像的技术,而基于压缩图像的SR技术正成为当前研究的热点。为了提高压缩图像的重建质量,在正则化理论的基础上,通过利用比特流中的信息,提出了一种新颖的空时自适应超分辨率重建算法,该算法先利用正则化代价函数控制时域数据和空域先验信息之间的平衡,使正则化参数在SR重建过程中得到自适应地调整,然后利用迭代梯度下降法进行超分辨率重建。仿真实验表明,该自适应算法比采用传统算法重建的图像的主、客观质量有一定的提高,适合压缩图像的应用。     

亮度—梯度联合约束的车牌图像超分辨率重建

目的 受成像距离、光照条件、动态模糊等因素影响,监控系统拍摄的车牌图像往往并不具备较高的可辨识度。为改善成像质量,提升对车牌的识别能力,提出一种基于亮度与梯度联合约束的车牌图像超分辨率重建方法。方法 首先充分结合亮度约束和梯度约束的优势,实现对运动位移和模糊函数的精确估计;为抑制重建图像中的噪声与伪影,基于车牌图像的文字化特征,进一步确定了亮度与梯度联合约束的图像先验模型。结果 为验证该方法的有效性,利用监控系统获得4组车牌图像,分别进行模拟和真实的超分辨率重建实验。在模拟实验中将联合约束图像先验重建结果与拉普拉斯、Huber-Markov（HMRF）以及总变分（TV）先验的处理结果进行对比,联合约束先验对车牌纹理信息的恢复效果优于其他3种常见图像先验;同时,在模拟和真实实验中,将本文算法与双三次插值、传统最大后验概率、非线性扩散正则化和自适应范数正则化方法的超分辨率重建结果进行比较,模拟实验的结果表明,在不添加噪声情况下,该算法峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）指标分别为35.326 dB和0.958,优于其他4种算法;该算法在真实实验中,能够有效增强车牌图像纹理信息,获得较优的视觉效果,通过对重建车牌图像的字符识别精度比较,本文算法重建结果的识别精度远高于其他3种算法,平均字符差距为1.3。结论 模拟和真实图像序列的实验结果证明,基于亮度—梯度联合约束的超分辨率重建方法,能够降低运动和模糊等参数的估计误差,有效减少图像中存在的模糊和噪声,提高车牌的识别精度。该算法广泛适用于因光照变化、相对运动等因素影响下的低质量车牌图像超分辨率重建。     

自适应正则MAP的CT图像重建方法研究

提出了一种基于自适应正则最大后验概率估计（MAP）的计算机断层（CT）图像重建方法,该方法可以自适应地选择正则化参数,并充分利用每一次迭代的重建结果的信息,不断对其进行更新,通过多次迭代得到最终的重建图像。通过对头部模型的一个切片进行仿真实验,验证了该方法的可行性。用实际实验数据,与传统的方法、最大似然期望（ML-EM）算法和滤波反投影（FBP）算法相比较,表明该方法适用性较强,能较好地保持图像的边缘信息,而且图像的信噪比较高。     

基于多种正则化的改进超分辨率重建算法

为了解决超分辨率图像重建过程中无法同时降低平滑区域噪声和保持图像细节的问题,结合改进的非局部变分（NLTV）和全变分（TV）正则项方法提出一种新的超分辨率重建算法。首先,根据图像重尾分布特性,结合高斯分布、拉普拉斯分布及柯西分布改进了传统NLTV正则项系数,提出了改进的ANLTV正则项。然后利用ANLTV正则项基于分裂Bregman算法重建了初始的高分辨率图像。最后结合TV正则项对重建的高分辨率图像进行去模糊操作,进而得到最终的超分辨率图像重建结果。为验证所提算法的性能,分别利用该算法与传统的TV和NLTV算法进行超分辨率图像重建并对比。实验结果表明,所提出的方法相比于传统的TV和NLTV重建算法,其峰值信噪比、信噪比和结构相似度均有所提高,能够同时满足超分辨率图像重建过程中抑制噪声和保持边缘细节的需求。     

自适应IQA阈值序列图像NLM超分辨重建方法

序列图像超分辨率（super resolution,SR）算法可以利用多帧低分辨率图像之间的互补信息重建出一张高分辨率结果。传统非局部均值（non-local means,NLM）超分辨率重建方法的迭代次数选取和最佳SR重建结果筛选过程高度依赖使用者经验值和主观评价,这极大地增加了算法复杂度,降低了算法的鲁棒性。为了解决这两个问题,提出一种基于图像质量评价（image quality assessment,IQA）自适应阈值的NLM超分辨重建算法。通过设计一种SR重建结果质量评价指标,将该指标引入到NLM重建算法中：一方面作为阈值,用以确定算法迭代收敛条件;另一方面作为评价标准,用以筛选多个输出结果中重建效果最佳的高分辨率图像。实验结果表明,提出的算法能在有效保证鲁棒性的同时,极大地提升NLM超分辨率重建算法的运算效率。     

基于独立分量分析的人脸超分辨率重建

提出一种基于独立分量分析(ICA)的人脸超分辨率重建算法。该算法利用ICA从高分辨率训练图像中提取出独立分量,并对ICA系数进行先验估计。对于给定的低分辨率图像,结合最大后验概率估计求出ICA系数,进行ICA反变换得到高分辨率图像的近似估计,并利用局部结构张量对图像进行精化处理得到重建图像。仿真结果表明,该算法在实现人脸超分辨率重建的同时保持了人脸整体结构特征,且对光照、表情、姿态等具有一定的鲁棒性,将重建结果用于人脸辨识,有效提高了辨识效率。     

图像压缩感知的双收缩快速迭代算法

针对传统图像压缩感知重构算法重构质量差及时间复杂度大的问题,提出一种双收缩快速迭代算法.通过引入阈值和正则化参数的双收缩,逐步迭代恢复图像信号,以加快收敛速度,改善重构质量.仿真结果表明,与传统阈值迭代算法相比,该算法重构图像的峰值信噪比较高,在低采样率下运行时间较少.     

利用VTK进行三维肠道重建算法的改进

肠道CT的三维重建是提高肠道疾病诊疗准确性的迫切需要。利用可视化工具包VTK并结合VC++,实现了肠道三维重建。经典三维重建Marching Cubes（简称MC）算法会产生二义性,针对常用的渐近线法消除二义性计算量大的问题,提出了一种改进的MC算法：采用线性插值法求出二义性面与等值面的交点,然后分别连接二义性面对边上的交点形成两条相交直线,最后通过判断直线交点的状态值,来唯一地确定等值线的连接方式,从而快速重建出三维肠道。实验结果表明,利用改进的MC算法比起传统MC算法,在三维重建的质量和效率上都得到了很大的提高。     

超分辨重建图像质量评价算法

超分辨率图像重建技术可以提高图像分辨率,但是通常会给图像带来相应的尺寸变化,如何评价质量提升是个难题。目前常用的图像质量评价算法很少涉及图像的尺寸变化。基于结构相似度（SSIM）和尺度空间理论（SIFT）,提出了一种针对超分辨率重建图像的弱参考质量评价算法,算法将SSIM与SIFT融合,能够适用图像尺寸的变化。通过仿真和实验证明了该算法的有效性。实验结果表明,该算法能够很好地适应图像尺寸的变化,可以客观地评价超分辨重建图像质量的好坏。     

基于局部二元模式的面部表情识别研究

提出了一种基于局部二元模式（Local Binary Pattern,LBP）与支持向量机（SVM）相结合的面部表情识别方法。使用LBP算子对图像进行处理,对图像的模式进行统计形成面部表情特征;使用线性判别分析对表情特征进行降维处理;采用支持向量机对面部表情进行分类。用Matlab实现了上述方法,并在日本女性人脸表情（JAFFE）数据库上测试,取得了70.95%的识别率。     

基于分段式序列图片集的运动恢复结构

多视图运动恢复结构（Structure from Motion,SFM）是三维重建中相机姿态估计的一种最常用的方法。传统SFM采用增量方式处理图片,算法的时间复杂度是[O(n4)],当图片数量较多时,重建时间很长。此外,由于图片噪声影响,漂移误差将随着图片数量增加不断累加,影响最终的重建质量。添加集束调整（Bundle Adjustment,BA）可以优化重建结果,但是需要花费更长的时间。在现有增量式算法的基础上,提出基于分段式序列图片集的方法,将序列图片集按照相似度划分为小集合,对每个小集合进行并行计算,减少误差累积量和重建时间,最后再用BA进行全局优化。实验结果表明,该方法能在保持一定精度的前提下,有效减少重建时间。     

基于多特征和改进SVM集成的图像分类

现有图像分类方法不能充分利用图像各单一特征之间的优势互补特性,提取的特征中存在大量冗余信息,从而导致图像分类精度不高。为此,提出一种基于多特征和改进支持向量机(SVM)集成的图像分类方法。该方法能提取全面描述图像内容的综合特征,采用主成分分析对所提取的特征进行变换,去除冗余信息,使用支持向量机的集成分类器RBaggSVM进行分类。仿真实验结果表明,与同类图像分类方法相比,该方法具有更高的图像分类精度和更快的分类速度。     

基于GPU加速的锥束CT重建算法研究

锥束计算机断层扫描（Cone-Beam Computed Tomography，CBCT）具有采集速度快和空间分辨率高等特点，被生物医学等领域广泛关注。然而通过CPU串行处理CBCT重建中海量投影数据非常耗时，难以满足实时性的需求。GPU的发展为CBCT重建的并行加速提供了条件。根据三角函数周期性的特点对FDK算法进行了改进，并利用GPU实现了12幅投影数据同时并行计算。实验结果表明，相比于传统基于CPU的重建算法，基于GPU的CBCT重建算法在保证图像质量的前提下，将重建速度提高了超过310倍。