面向图像超分辨率的上下文字典学习

基于稀疏表示理论,提出了一种面向单张图片超分辨率的字典学习方法。通过对训练数据进行分类,期望在每一类训练数据训练字典的过程中,增强类内的上下文信息。与之前的面向图像分类的字典学习方法所不同的是,训练数据集由高分辨率图像块和对应的低分辨率图像块共同组成,这使训练得到的字典更适用于图像重构。利用有限的训练数据集,基于上下文的字典学习方法能够提高字典表示的拓展能力,消除由多重训练数据子集带来的冗余。     

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KSVD字典的粮仓虫情识别图像重建

针对现有字典训练过程中耗时较多的算法,研究了一种改进的基于字典学习的超分辨率图像重建算法。本文从压缩感知理论出发,采用了 k-svd 算法实现图像的超分辨率重建。将K-svd算法应用于粮仓虫情识别,弥补粮仓监控硬件的不足,提高监控图像质量,更好的完成粮仓实时虫情的监控。     

基于字典学习与稀疏表示的灰度图像颜色重建算法

为了充分利用参考彩色图像与待处理灰度图像的关联关系,进一步提高图像颜色重建的自动化程度,利用稀疏表示理论和字典学习方法,提出一种自动全局图像着色算法.首先利用图像亮度、特征信息、图像颜色信息之间的相关性,依据参考图像训练出一个亮度-特征-颜色的联合字典;然后利用目标灰度图像的亮度和特征信息计算出其在该字典下的稀疏表示系数;最后利用上述联合字典与计算得到的稀疏表示系数进行灰度图像的颜色信息重建.文中算法无需进行图像分割,针对整幅图像进行着色,是一种自动的全局算法.实验结果表明,该算法可以有效地对灰度图像进行着色,对于色调单一的图像,着色效果更好.     

基于改进稀疏编码的图像超分辨率算法

针对传统基于稀疏字典对的超分辨率(SR)算法训练速度慢、字典质量差、特征匹配准确性低的缺点,提出一种基于改进稀疏编码的图像超分辨率算法。该算法使用自适应阈值的形态组成分析(MCA)方法提取图像特征,并采用主成分分析算法对训练集进行降维,提高特征提取的有效性,缩短字典训练时间,减少过拟合现象。在字典训练阶段,使用改进的稀疏K-奇异值分解(K-SVD)算法训练低分辨率字典,结合图像块的重叠关系求解高分辨率字典,增强字典的有效性和自适应能力,同时极大地提高了字典的训练速度。在Lab颜色空间对彩色图像进行重建,避免由于颜色通道相关性造成的重建图像质量下降。与传统方法相比,该算法重建图像质量和计算效率更优。     

基于改进稀疏编码的图像超分辨率算法

针对传统基于稀疏字典对的超分辨率（SR）算法训练速度慢、字典质量差、特征匹配准确性低的缺点,提出一种基于改进稀疏编码的图像超分辨率算法。该算法使用自适应阈值的形态组成分析(MCA)方法提取图像特征,并采用主成分分析算法对训练集进行降维,提高特征提取的有效性,缩短字典训练时间,减少过拟合现象。在字典训练阶段,使用改进的稀疏K-奇异值分解(K-SVD)算法训练低分辨率字典,结合图像块的重叠关系求解高分辨率字典,增强字典的有效性和自适应能力,同时极大地提高了字典的训练速度。在Lab颜色空间对彩色图像进行重建,避免由于颜色通道相关性造成的重建图像质量下降。与传统方法相比,该算法重建图像质量和计算效率更优。     

基于变分贝叶斯推断的字典学习算法

传统的字典学习算法在对训练图像进行学习时收敛速率慢,当图像受到噪声干扰时学习效果变差.对此,提出一种基于变分推断的字典学习算法.首先设定模型中各参数的共轭稀疏先验分布;然后基于贝叶斯网络求出所有参数的联合概率密度函数;最后利用变分贝叶斯推断原理计算出各参数的最优边缘分布,训练出自适应学习字典.利用该字典进行图像去噪实验以及压缩感知重构实验,仿真结果表明,所提出的算法可显著提高字典学习效率,对测试图像的去噪效果和重构精度有很大改善.     

基于内容自适应稀疏字典的图像集压缩算法

大数据时代巨大的图像信息量,给实际的存储、传输带来了相当大的困难。有效利用图像集自身内容,去除图像之间的信息冗余,是图像集压缩的主要目的。本文提出一种基于内容自适应稀疏字典的图像集压缩方案。通过对图像内容信息进行分类学习,得到分组稀疏字典,将稀疏编码替代传统的变换编码,并利用图像非局部相似特征优化图像解码,得到更高质量的重建图像。实验结果表明,与JPEG方法以及基于递归最小二乘字典学习算法（RLS-DLA）的压缩框架相比,本方案提出的图像集压缩方法有效提高了图像集编码性能。     

压缩感知和相似性约束的图像超分辨率重构算法

针对通过外部学习进行超分辨率存在图像质量不佳、细节不真实的问题提出一种压缩感知和相似性约束的单帧图像超分辨率算法。算法首先利用压缩感知中测量域与频域的线性关系对训练库图像在测量域分类,对不同类别图像块训练对应类别的字典,提高字典的表示能力;然后在重构时利用图像的非局部相似性,将图像在分类字典下的稀疏性和相似块信息同时作为先验信息联合约束重构过程,最后恢复出高分辨率图像。实验结果表明算法重构出的高分辨率图像具有丰富的细节以及清晰的边缘,重构图像主观质量良好。     

一种基于K均值分类稀疏表示的灰度图像颜色重建方法

本文充分利用参考图像与待处理灰度图像的关联关系,运用稀疏表示理论和字典学习的方法,提出一种基于K均值分类和残差补偿的稀疏表示的方法来对灰度图像进行颜色重建。首先根据K均值算法将参考图像分成K类,利用K阶奇异值分解（K-SVD）算法训练各类的亮度—特征—颜色的联合字典;其次,根据最小形心距离将待处理灰度图像自适应地分成K类,利用其亮度和特征信息根据正交匹配追踪（OMP）算法得到各类的稀疏系数;然后利用各类的字典和稀疏系数重建初始的彩色图像;最后用残差补偿对重建结果进行修正。实验结果表明,该算法相比于经典算法及其他改进算法对灰度图像进行颜色重建时取得了更好的效果,重建的图像看起来更自然、平滑并且在客观评价标准方面也优于对比算法。     

基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建

为了通过软件方式增强遥感影像的空间分辨率,提出了一种基于双稀疏度K-SVD字典学习的遥感影像超分辨率重建算法。基于稀疏表示理论,利用K-SVD字典学习算法求解低分辨率字典及其稀疏系数,将稀疏系数传递至高分辨率字典学习空间,形成高、低分辨率字典对,重建得到高分辨率遥感影像,并在字典学习和稀疏重建两个阶段设置了不同的稀疏度。实验分别采用TM5影像、资源三号影像以及USC_SIPI图像库中的遥感影像进行重建,结果表明,不论重建影像有无噪声,所提算法的峰值信噪比和结构相似指标均高于Bicubic法以及Zeyde的算法。K-SVD和双稀疏度参数的引入,不仅减少了字典学习时间,且具有高的空间分辨率提升能力。     

压缩感知下溃疡性结肠炎辅助诊断

目的 长期感染溃疡性结肠炎（ulcerative colitis,UC）的患者罹患结肠癌的风险显著提升,因此早期进行结肠镜检测十分必要,但内窥镜图像数量巨大且伴有噪声干扰,需要找到精确的图像特征,为医师提供计算机辅助诊断。为解决UC图像与正常肠道图像的分类问题,提出了一种基于压缩感知和空间金字塔池化结合的图像特征提取方法。方法 使用块递归最小二乘（block recursive least squares,BRLS）进行初始字典训练。提出基于先验知识进行观测矩阵与稀疏字典的交替优化算法,并利用压缩感知框架获得图像的稀疏表示,该框架改善了原来基于稀疏编码的图像分类方法无法精确表示图像的问题,然后结合最大空间金字塔池化方法提取压缩感知空间金字塔池化（compressed sensing spatial pyramid pooling,CSSPP）图像特征,由于压缩感知的引入,获得的图像特征比稀疏编码更加丰富和精确。最后使用线性核支持向量机（support vector machine,SVM）进行图像分类。结果 对Kvasir数据集中的2 000幅真实肠道图像的分类结果表明,该特征的准确率比特征袋（bag of features,BoF）、稀疏编码空间金字塔匹配（sparse coding spatial pyramid matching,SCSPM）和局部约束线性编码（locality-constrained linear coding,LLC）分别提升了12.35%、3.99%和2.27%。结论 本文提出的溃疡性结肠炎辅助诊断模型,综合了压缩感知和空间金字塔池化的优点,获得了较对比方法更加精确的识别感染图像检测结果。     

图像的多成分混合字典压缩感知表示及重构

信号分解的稀疏程度决定了压缩感知重构信号的精度,针对标准正交基稀疏程度的不足,提出了基于混合字典的压缩感知图像分解和重构方法。构建匹配图像边缘和纹理的二维Gabor字典,将图像在离散余弦字典与建立的二维Gabor字典上进行混合稀疏分解,得到图像的光滑成分、边缘成分和纹理成分。对得到的稀疏成分进行CS观测,通过求解一个优化问题重构图像。实验结果表明,构造的混合字典能够对图像进行更加稀疏的表示,在相同的采样率下,图像的重构质量优于标准正交基分解。     

基于稀疏表示与线性回归的图像快速超分辨率重建

单幅图像超分辨率的目的是从一幅低分辨率的图像来重构出高分辨率的图像。基于稀疏表示和邻域嵌入的超分辨率图像重建方法使得重建图像质量有了极大的改善。但这些方法还很难应用到实际中,因为其重建图像的速度太慢或者需要调节复杂的参数。目前大多数的方法在图像重建的速度和质量两个方面很难有一个好的权衡。鉴于以上问题提出了一种基于线性回归的快速图像超分辨率重建算法,将稀疏表示和回归的方法有效地结合在一起。通过稀疏表示训练的字典,用一种新的方式将整个数据集划分为多个子空间,然后在每一类子空间中独立地学习高低分辨率图像之间的映射关系,最后通过选择相应的投影矩阵来重建出高分辨图像。实验结果表明,相比于其他方法,本文提出的算法无论在图像重建速度还是重建质量方面都取得了更好的超分辨率重建效果。     

彩色全息压缩重构

压缩全息搭起Gabor全息和压缩感知(Compressed sensing, CS)理论之间的桥梁, 特别适合从单帧二维全息测量数据中重建三维对象, 是一种新兴的三维重建技术. 本文将压缩全息方法从单波长情形推广到多波长, 提出一种基于三维总变分稀疏模型的改进彩色全息压缩成像方法, 建立多波长情形下的压缩测量模型. 该方法利用对象的稀疏先验知识, 从单帧二维彩色全息图中重建多波长三维对象, 有效地实现孪生像的抑制和多层切片相互之间的散焦图像对重建质量的影响. 数值实验结果验证了本文提出方法的有效性.     

基于快速稀疏表示的医学图像压缩

随着数字医学图像数据量的日益增大,有必要采取一定的图像压缩技术进行压缩存储。为此,提出基于快速稀疏表示的医学图像压缩方法。使用K-奇异值分解算法构造医学图像过完备字典,采用批量正交匹配追踪(Batch-OMP)算法进行稀疏编码。该方法只需要存储稀疏编码非零位置的系数信息,利用过完备字典即可实现原始医学图像的重构。实验结果表明,该方法可提高图像稀疏编码的速度,与正交匹配追踪(OMP)算法相比可提速40%左右,并且图像重构效果优于联合图像专家组(JPEG)算法和多级树集合分裂(SPIHT)算法的压缩效果,相对JPEG压缩的图像峰值信噪比平均提高18%,相对SPIHT算法平均提高50%。     

过完备字典稀疏表示下的RAMP重构算法

压缩感知理论将采样理论与压缩理论合二为一,成为最近几年来的研究热点。主要依据图像的稀疏性或是可压缩性的特点,使用K-均值奇异值分解（K-Means Singular Value Decomposition,K-SVD）算法训练获得过完备字典,使用高斯随机矩阵作为测量矩阵,最后通过正则化自适应匹配追踪算法作为压缩感知重构算法,提出了K-SVD过完备字典的正则化自适应匹配追踪算法（KSVD Regularized Adaptive Matching Pursuit,KSVD-RAMP）。通过对重构图像的峰值信噪比、重构时间、相对误差等客观评价指标以及主观视觉上对所提算法以及传统的贪婪算法做对比。实验结果表明,该算法比基于离散小波稀疏表示的RAMP算法的峰值信噪比提升了2~6 dB。因此,该算法重构出的图像不管在视觉效果上,还是在客观评价指标上都有一定的改善。     

最优方向耦合字典学习的遥感影像超分辨率重建

针对遥感影像超分辨率重建问题,提出了一种改进联合字典学习的超分辨率重建模型。利用最优方向字典更新算法进行耦合字典对的学习,将由低分辨率字典学习得到的稀疏系数传递至高分辨率字典学习空间,形成高、低分辨率字典对,重建得到高分辨率遥感影像。该算法通过优化,实现训练样本自动截取,通过验证实验表明：与已有的经典算法相比,提出的算法定量评价指标有明显改善,同时,在字典学习过程中所需时间远少于现有经典算法,大大提高了遥感影像重建的效率,其重建影像更加清晰,几何纹理结构更加明显,证明了该算法的高效性。     

基于颜色自适应字典的双相机光谱系统重建算法

通过将快照编码孔径光谱成像和普通RGB彩色成像结合,双相机光谱成像系统能够高效地获取场景的光谱信息,具有广阔的应用前景.如何高质量地从压缩采样中重建高光谱图像是该系统需要解决的重要问题.根据高光谱图像与彩色图像在空间结构和光谱响应上的相关性,本文了提出一种基于颜色自适应字典的重建算法,用以提高双相机光谱成像系统的重建质量.首先,利用RGB观测分别训练三通道非负字典.然后,以彩色相机的光谱响应曲线为指导,为每一个谱带选择光谱相关性最大的字典.最后,完成高光谱图像的稀疏重建.高光谱数据库和遥感数据库的仿真结果均表明,本文提出的算法能够大幅度提升双相机光谱成像系统的重建质量.