面向人脸图像发布的差分隐私保护

目的 由于人脸图像蕴含着丰富的个人敏感信息,直接发布出来可能会造成个人的隐私泄露。为了保护人脸图像中的隐私信息,本文提出了一种基于傅里叶变换与差分隐私技术相结合的人脸图像发布方法FIP（facial image publication）。方法 将人脸图像作为实数域2维矩阵,充分利用离散傅里叶变换技术压缩图像。为了有效均衡由拉普拉斯机制引起的噪音误差以及由傅里叶变换导致的重构误差,引入一种基于指数机制的傅里叶系数选择方法EMK（exponential mechanism-based k coefficients sampling）,它能够在不同的系数空间中挑选出合理的傅里叶系数来压缩人脸图像,然后利用拉普拉斯机制对所挑选出的系数添加噪音,进而使整个处理过程满足ε-差分隐私。此外,为了避免较大的傅里叶系数空间导致指数机制挑选系数不准确问题,基于离散实数傅里叶变换的共轭对称特性,提出了一种增强的指数机制挑选傅里叶系数方法BEMK（boosted exponential mechanism-based k coefficients sampling）,该方法不仅进一步压缩离散傅里叶系数空间,而且还能够提高人脸图像发布的精度。结果 基于4种真实人脸图像数据集采用支持向量机分类与采用主成分分析技术验证方法的正确性。从算法的准确率、召回率,以及F1-Score度量结果显示,提出的基于离散傅里叶变换技术的人脸图像发布方法均优于直接采用拉普拉斯机制的发布方法LAP（Laplace mechanism-based publication）。结论 实验结果表明,本文方法能够实现满足ε-差分隐私的敏感人脸图像发布,图像分类验证其具有较高的可用性。特别是BEMK方法具有较好的鲁棒性,是一种有效的隐私人脸图像发布方法。     

彩色图约束的二阶广义总变分深度图超分辨率重建

目的 针对深度图像分辨率非常低的问题,结合同场景高分辨率彩色图像,提出一种基于彩色图约束的二阶广义总变分深度图超分辨率重建方法。方法 首先将低分辨率深度图映射到高分辨率彩色空间;然后利用二阶广义总变分模型,将带有边缘指示函数的高分辨率彩色约束项作为正则项,使得深度图像超分辨率重建问题变成最优求解问题;最后通过迭代重加权和原—对偶方法进行求解。结果 实验结果表明,本文方法可以有效地保护图像的边缘结构,在定性和定量两个方面都可达到很好的效果。结论 本文方法可以有效地解决深度图分辨率非常低的问题。     

多方向模板变分模型的单幅图像超分辨率重建

目的 为了增强图像超分辨率重建的准确性,克服传统插值所产生的边缘模糊与边缘锯齿等负面效果,提出一种基于多方向模板变分模型的单幅图像超分辨率重建方法。方法 首先构建体现28个方向的多方向模板对输入图像的轮廓方向进行计算,同时通过将TV模型引入到图像轮廓的估计中来确定边缘轮廓的最优方向;在此基础上通过进行基于所提出的多方向模板的图像插值来实现图像的超分辨率重建。结果 对比基于活动轮廓的图像边缘插值方法重建的经典高分辨率测试图像,本文方法在平均峰值信噪比和平均结构相似度方面分别提高了1.578 dB和 0.030 02 dB。结论 本文方法可以有效地克服传统插值方法所产生的边缘模糊和边缘锯齿化等负面效果,也避免了较少方向模板所带来的边缘和纹理丰富区域的纹理失真现象,可以取得较好的重建效果。     

联合局部约束的邻域嵌入人脸超分辨率重建

目的 现有的基于邻域嵌入的人脸超分辨率重建算法只利用了低分辨率图像流形空间的几何结构,而忽略了原始高分辨率图像的流形几何结构,不能很好的反映高低分辨率图像流形几何结构的关系。此外,其对同一幅图像中的不同图像块选取固定数目的最近邻域图像块,从而导致重建质量的下降。为了充分利用原始高分辨率图像空间的几何结构信息,提出基于联合局部约束和自适应邻域选择的邻域嵌入人脸超分辨率重建算法。方法 该方法结合待重构图像与低分辨率图像样本库的相似性约束与初始高分辨图像与高分辨率图像样本库的相似性约束,形成约束低分辨率图像块的重构权重,并利用该重构权重估计出高分辨率的人脸图像,同时引入自适应邻域选择的方法。结果 在CAS-PEAL-R1人脸库上的实验结果表明,相较于传统的基于邻域嵌入的人脸超分辨率重建方法,本文算法在PSNR和SSIM上分别提升了0.39 dB和0.02。相较于LSR重建方法,在PSNR和SSIM上分别提升了0.63 dB和0.01;相较于LcR重建方法,在PSNR和SSIM上分别提升了0.36 dB和0.003 2;相较于TRNR重建方法,在PSNR和SSIM上分别提升了0.33 dB和0.001 1。结论 本文所提的重建方法在现有人脸数据库上进行实验,在主观视觉和客观评价指标上均取得了较好的结果,可进一步适用于现实监控视频中人脸图像的高分辨率重建。     

基于中间层监督卷积神经网络的图像超分辨率重建

目的 基于学习的图像超分辨率重建方法已成为近年来图像超分辨率重建研究的热点。针对基于卷积神经网络的图像超分辨率重建（SRCNN）方法网络层少、感受野小、泛化能力差等缺陷,提出了基于中间层监督卷积神经网络的图像超分辨率重建方法,以进一步提高图像重建的质量。方法 设计了具有中间层监督的卷积神经网络结构,该网络共有16层卷积层,其中第7层为中间监督层;定义了监督层误差函数和重建误差函数,用于改善深层卷积神经网络梯度消失现象。训练网络时包括图像预处理、特征提取和图像重建3个步骤,采用不同尺度因子（2、3、4）模糊的低分辨率图像交叉训练网络,以适应对不同模糊程度的图像重建;使用卷积操作提取图像特征时将参数pad设置为1,提高了对图像和特征图的边缘信息利用;利用残差学习完成高分辨率图像重建。结果 在Set5和Set14数据集上进行了实验,并和双三次插值、A+、SelfEx和SRCNN等方法的结果进行比较。在主观视觉评价方面,本文方法重建图像的清晰度和边缘锐度更好。客观评价方面,本文方法的峰值信噪比（PSNR）平均分别提高了2.26 dB、0.28 dB、0.28 dB和0.15 dB,使用训练好的网络模型重建图像耗用的时间不及SRCNN方法的一半。结论 实验结果表明,本文方法获得了更好的主观视觉评价和客观量化评价,提升了图像超分辨率重建质量,泛化能力好,而且图像重建过程耗时更短,可用于自然场景图像的超分辨率重建。     

利用双通道卷积神经网络的图像超分辨率算法

目的 图像超分辨率算法在实际应用中有着较为广泛的需求和研究。然而传统基于样本的超分辨率算法均使用简单的图像梯度特征表征低分辨率图像块,这些特征难以有效地区分不同的低分辨率图像块。针对此问题,在传统基于样本超分辨率算法的基础上,提出双通道卷积神经网络学习低分辨率与高分辨率图像块相似度进行图像超分辨率的算法。方法 首先利用深度卷积神经网络学习得到有效的低分辨率与高分辨率图像块之间相似性度量,然后根据输入低分辨率图像块与高分辨率图像块字典基元的相似度重构出对应的高分辨率图像块。结果 本文算法在Set5和Set14数据集上放大3倍情况下分别取得了平均峰值信噪比(PSNR)为32.53 dB与29.17 dB的效果。结论 本文算法从低分辨率与高分辨率图像块相似度学习角度解决图像超分辨率问题,可以更好地保持结果图像中的边缘信息,减弱结果中的振铃现象。本文算法可以很好地适用于自然场景图像的超分辨率增强任务。     

图像局部纹理特性的静电力触觉渲染

目的 触摸触觉设备感知物体时,需要实现视觉-力触觉同步反馈,其中图像-力触觉反馈难点在于再现更真实的纹理触感的触觉渲染过程。本文提出了一种基于图像局部纹理特征的静电力触觉渲染模型,实现了更加清晰、触感真实的图像纹理的静电力触觉反馈。方法 首先,采用局部傅里叶变换方法强化局部纹理特征,提取傅里叶变换系数分离出表征形状和局部纹理、边缘的频域分量。其次,对局部纹理特征进行力触觉渲染,建立局部纹理特征与驱动信号的映射模型,采用比例模型将局部纹理特征值转化为同等级的静电力表达。最后,根据静电力与驱动信号的心理学模型,由局部纹理特征控制不同驱动信号的输出产生静电力触觉。结果 进行纹理触觉对比感知实验验证算法有效性,62.5%的实验参与者偏爱基于图像局部纹理的触觉渲染算法反馈的纹理触感,本文算法可以模拟多种图像的纹理、边缘的触感。结论 算法在频域分离图像局部纹理、边缘和形状特征,建立纹理-力触觉渲染模型,针对大多数图片可以有效地增强纹理触感,提升触觉再现交互技术的沉浸感。     

纹理边缘引导的深度图像超分辨率重建

目的 深度图像作为一种普遍的3维场景信息表达方式在立体视觉领域有着广泛的应用。Kinect深度相机能够实时获取场景的深度图像,但由于内部硬件的限制和外界因素的干扰,获取的深度图像存在分辨率低、边缘不准确的问题,无法满足实际应用的需要。为此提出了一种基于彩色图像边缘引导的Kinect深度图像超分辨率重建算法。方法 首先对深度图像进行初始化上采样,并提取初始化深度图像的边缘;进一步利用高分辨率彩色图像和深度图像的相似性,采用基于结构化学习的边缘检测方法提取深度图的正确边缘;最后找出初始化深度图的错误边缘和深度图正确边缘之间的不可靠区域,采用边缘对齐的策略对不可靠区域进行插值填充。结果 在NYU2数据集上进行实验,与8种最新的深度图像超分辨率重建算法作比较,用重建之后的深度图像和3维重建的点云效果进行验证。实验结果表明本文算法在提高深度图像的分辨率的同时,能有效修正上采样后深度图像的边缘,使深度边缘与纹理边缘对齐,也能抑制上采样算法带来的边缘模糊现象;3维点云效果显示,本文算法能准确区分场景中的前景和背景,应用于3维重建等应用能取得较其他算法更好的效果。结论 本文算法普遍适用于Kinect深度图像的超分辨率重建问题,该算法结合同场景彩色图像与深度图像的相似性,利用纹理边缘引导深度图像的超分辨率重建,可以得到较好的重建结果。     

边缘增强深层网络的图像超分辨率重建

目的 针对基于学习的图像超分辨率重建算法中存在边缘信息丢失、易产生视觉伪影等问题,提出一种基于边缘增强的深层网络模型用于图像的超分辨率重建。方法 本文算法首先利用预处理网络提取输入低分辨率图像的低级特征,然后将其分别输入到两路网络,其中一路网络通过卷积层级联的卷积网络得到高级特征,另一路网络通过卷积网络和与卷积网络成镜像结构的反卷积网络的级联实现图像边缘的重建。最后,利用支路连接将两路网络的结果进行融合,并将其结果通过一个卷积层从而得到最终重建的具有边缘增强效果的高分辨率图像。结果 以峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）作为评价指标来评价算法性能,在Set5、Set14和B100等常用测试集上放大3倍情况下进行实验,并且PSNR/SSIM指标分别取得了33.24 dB/0.9156、30.60 dB/0.852 1和28.45 dB/0.787 3的结果,相比其他方法有很大提升。结论 定量与定性的实验结果表明,基于边缘增强的深层网络的图像超分辨重建算法所重建的高分辨率图像不仅在重建图像边缘信息方面有较好的改善,同时也在客观评价和主观视觉上都有很大提高。     

K均值聚类和支持向量数据描述的图像超分辨率算法

目的 为了提高图像超分辨率算法对数据奇异点的鲁棒性,提出一种采用K均值聚类和支持向量数据描述的图像超分辨率重建算法(Kmeans-SVDD)。方法 训练过程:首先用K均值聚类算法将训练图像的近似子带划分为若干类,然后用支持向量数据描述去除每类数据的奇异点,最后在小波域内用主成分分析训练近似子带和细节子带字典。测试过程:根据同一场景高低分辨率图像近似子带相似这一现象,首先将待重建低分辨率测试图像的近似子带作为相应高分辨率测试图像的近似子带,然后由训练得到的字典恢复出高分辨率测试图像的细节子带,最后通过逆小波变换得到高分辨率测试图像。结果 相比于当前双三次插值、Zeyde、ANR与Kmeans-PCA算法,Kmeans-SVDD算法重建的高分辨率测试图像的平均峰值信噪比依次提高了1.82 dB、0.37 dB、0.30 dB、0.15 dB。结论 通过大量实验发现,在字典训练之前加入SVDD过程可以去除离群点,提高字典质量。在小波域中将各频带分开重建,可避免低频图像中包含的不可靠高频信息对超分辨率结果的影响,从而恢复出可靠的高频信息。     

基于邻域回归的医学图像超分辨率重建

为了提高医学图像的分辨率,提出一种基于内部样例的邻域回归的超分辨率方法。首先,把输入的低分辨率图像当做高分辨率图像去构造基于自身实例的内部图像训练集,不再依赖外部训练集;然后,把高分辨率重建分成高频重建和低频重建,用邻域回归方法重建图像高频细节部分,用双三次插值方法重建低频部分;最后,用迭代组合的方法联合高频分量和低频分量来获得最终输出的高分辨率图像。实验结果表明,该方法性能优于传统的超分辨率重建算法,重建出的医学图像视觉效果更真实。     

多监督损失函数光滑化图像超分辨率重建

目的 将低分辨率(low-resolution,LR)图像映射到高分辨率(high-resolution,HR)图像是典型的不适定恢复问题,即输出的HR图像和输入的LR图像之间的映射是多对一的,这意味着仅通过增加网络深度来确定HR图像与LR图像之间的特定映射关系是非常困难的。针对该问题,本文提出一种基于多监督光滑化损失函数的图像超分辨率方法。方法 该方法主体由LR图像上采样通道和HR图像下采样通道两部分组成。各通道分为两个阶段,每个阶段均包括浅层特征提取模块、基于迭代采样错误反馈机制的采样模块、全局特征融合模块和图像重建模块。将LR图像上采样通道第1阶段结果与HR图像下采样通道第1阶段结果对比,然后将HR原图像和HR图像下采样通道第2阶段结果作为约束构成多监督,使映射函数空间尽可能精确,并将多监督损失函数光滑化保证梯度在全局范围内传递。结果 在基准测试集Set5、Set14、BSD100(Berkeley segmentation dataset)、Urban100(urban scenes dataset)、Manga109(109 manga volumes dataset)数据集...     

The joint use of IHS transform and redundant wavelet decomposition for fusing multispectral and panchromatic images

Intensity hue saturation (IHS) and wavelet decomposition are two distinct fusion methods used for enhancing the spatial resolution of multispectral images by exploiting a high-resolution panchromatic image. In this paper, a combination of the IHS transform and redundant wavelet decomposition is proposed as a general method for fusing multisensor images. The principle consists of transforming low-resolution multispectral images into IHS independent components. The low-resolution intensity component is fused with the high-resolution panchromatic image in the redundant wavelet domain through an appropriate model. Subsequently, the high-resolution intensity produced is substituted to the low-resolution intensity. High spatial resolution multispectral images are then obtained through an inverse IHS transformation. SPOT images are used to illustrate the superiority of this approach over the IHS fuser in terms of preservation of spectral properties.     

Face Hallucination: Theory and Practice

In this paper, we study face hallucination, or synthesizing a high-resolution face image from an input low-resolution image, with the help of a large collection of other high-resolution face images. Our theoretical contribution is a two-step statistical modeling approach that integrates both a global parametric model and a local nonparametric model. At the first step, we derive a global linear model to learn the relationship between the high-resolution face images and their smoothed and down-sampled lower resolution ones. At the second step, we model the residue between an original high-resolution image and the reconstructed high-resolution image after applying the learned linear model by a patch-based non-parametric Markov network to capture the high-frequency content. By integrating both global and local models, we can generate photorealistic face images. A practical contribution is a robust warping algorithm to align the low-resolution face images to obtain good hallucination results. The effectiveness of our approach is demonstrated by extensive experiments generating high-quality hallucinated face images from low-resolution input with no manual alignment.     

A Variational Model for P+XS Image Fusion

We propose an algorithm to increase the resolution of multispectral satellite images knowing the panchromatic image at high resolution and the spectral channels at lower resolution. Our algorithm is based on the assumption that, to a large extent, the geometry of the spectral channels is contained in the topographic map of its panchromatic image. This assumption, together with the relation of the panchromatic image to the spectral channels, and the expression of the low-resolution pixel in terms of the high-resolution pixels given by some convolution kernel followed by subsampling, constitute the elements for constructing an energy functional (with several variants) whose minima will give the reconstructed spectral images at higher resolution. We discuss the validity of the above approach and describe our numerical procedure. Finally, some experiments on a set of multispectral satellite images are displayed.     

基于低分辨率彩色指导图像的深度图像超分辨率重建

传统的以彩色图像为指导的深度图像超分辨率(SR)重建方法,参考图像必须为高分 辨率彩色图像,彩色图像的分辨率决定了深度图像的放大上限。同时,实际应用中可能只存在低 分辨率彩色图像,此时上述方法也不再适用。为此,探讨使用任意分辨率彩色图像为指导的深度 图像SR 重建方法。首先,使用大量不同类别的图像SR 算法对输入彩色图像进行上采样,得到 高分辨率彩色图像并以此作为指导图像,然后采用基于二阶总广义变分方法,将由低分辨率彩色 图像重建得到的图像作为正则约束项,添加图像边缘信息,构建目标函数,将深度图像SR 重建 问题转化为最优化问题,再通过原-对偶方法求解,最终得到高分辨率深度图像。探讨了之前被 相关方法所忽略的情形,该方法可以适用于任意分辨率的彩色指导图像。并且通过相关实验发现 了令人惊异的现象,即通过使用低分辨率彩色图像放大后作为指导,可以得到与使用高分辨率彩 色指导图像相近甚至更好的结果,对相关问题的研究和应用具有一定参考意义。     

一种频率域解混叠的CCD图像超分辨重建方法*

在不增大光学系统的焦距,也不缩小CCD 器件阵元的宽度的情况下,为了获得高分辨率的图像,对多幅具有互补信息的低分辨率图像进行研究。首先,把多幅具有互补信息的低分辨率图像通过傅里叶变换到频率域;接着,对频率域中高分辨与低分辨率图像之间关系进行建模,进而得到它们之间的关系;然后,通过对模型求解,得到高分辨率图像的频率值;最后,进行傅里叶反变换即可得到高分辨率图像。实验结果表明,该重建方法获得的高分辨率影像在视觉上比用任意一帧影像经过双线性插值获得的影像要清晰得多,与实际摄取高一倍的分辨率影像几乎达到一样。对b     

小波域中双稀疏的单幅图像超分辨

目的 过去几年,基于稀疏表示的单幅图像超分辨获得了广泛的研究,提出了一种小波域中双稀疏的图像超分辨方法。方法 由小波域中高频图像的稀疏性及高频图像块在空间冗余字典下表示系数的稀疏性,建立了双稀疏的超分辨模型,恢复出高分辨率图像的细节系数;然后利用小波的多尺度性及低分辨率图像可作为高分辨率图像低频系数的逼近的假设,超分辨图像由低分辨率图像的小波分解和估计的高分辨率图像的高频系数经过二层逆小波变换来重构。结果 通过大量的实验发现,双稀疏的方法不仅较好地恢复了图像的局部纹理与边缘,且在噪声图像的超分辨上也获得了不错的效果。结论 与现在流行的使用稀疏表示的超分辨方法相比,双稀疏的方法对噪声图像的超分辨效果更好,且计算复杂度减小。     

融合参考图像的人脸超分辨率重构方法

基于深度学习的图像超分辨率重构方法对低分辨率人脸图像进行超分辨率重构时,通常存在重构图像模糊和重构图像与真实图像差异较大等问题.基于此问题,文中提出融合参考图像的人脸超分辨率重构方法,可以实现对低分辨率人脸图像的有效重构.参考图像特征提取子网提取参考图像的多尺度特征,保留人脸神态和重点部位的细节特征信息,去除人脸轮廓和面部表情等冗余信息.基于提取的参考图像多尺度特征,逐级超分主网络对低分辨率人脸图像特征进行逐次填充,最终重构生成高分辨率的人脸图像.在数据集上的实验表明,文中方法可以实现对低分辨率人脸图像的有效重构,具有良好的鲁棒性.