基于图像块分类的图像超分辨率重建

针对当前图像超分辨率重建算法中存在的字典单一而导致重建图像质量不佳的问题，提出一种将图像块分类与图像卡通纹理分解相结合的单幅图像超分辨率重建算法。首先，将图像分块，并将图像块分为边缘类、纹理类和平滑类三类，其中纹理类用形态成分分析（MCA）算法分解为卡通部分和纹理部分；然后，对边缘类、卡通部分和纹理部分分别训练高低分辨率字典；最后，求解稀疏系数并与高分辨率字典重建图像块。仿真结果显示，与基于稀疏表示的超分辨率重建（SCSR）算法和单幅图像超分辨率重建（SISR）算法相比，所提算法的峰值信噪比（PNSR）值分别提高了0.26 dB和0.14 dB，表明该算法的重建效果更好，重建图像纹理细节更丰富。     

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。     

基于稀疏表示的医学图像融合

针对传统基于K阶奇异值分解(KSVD)的字典学习算法时间复杂度高,学习字典对源图像的表达能力不理想,应用于医学图像融合效果差的问题,提出了一种新的字典学习方法:在字典学习之前对医学图像的特征信息进行筛选,选取能量和细节信息丰富的图像块作为训练集学习字典;根据学习得到的字典建立源图像的稀疏表示模型,运用正交匹配追踪算法(OMP)求解每个图像块的稀疏系数,采用"绝对值最大"策略构造融合图像的稀疏表示系数,最终得到融合图像.实验结果表明:针对不同的医学图像,提出的方法有效.     

统一最小二乘规则的单幅图像超分辨算法

基于机器学习的超分辨方法是一个很有发展前景的单幅图像超分辨方法,稀疏表达和字典学习是其中的研究热点。针对比较耗时的字典训练与恢复精度不高图像重建,从减小低分辨率(LR)和高分辨率(HR)特征空间之间差异性的角度提出了一种使用迭代最小二乘字典学习算法(ILS-DLA),并使用锚定邻域回归(ANR)进行图像重建的单幅图像超分辨算法。迭代最小二乘法的整体优化过程极大地缩短了低分辨字典/高分辨字典的训练时间,它采用了与锚定邻域回归相同的优化规则,有效地保证了字典学习和图像重建在理论上的一致性。实验结果表明,所提算法的字典学习效果比K-均值奇异值分解(K-SVD)和Beta过程联合字典学习(BPJDL)等算法更高效,图像重建的效果也优于许多优秀的超分辨算法。     

基于稀疏分解和聚类的自适应图像去噪新方法

随着信号稀疏表示原理的深入研究,稀疏分解越来越广泛地应用于图像处理领域。针对过完备字典构造和稀疏分解运算量巨大的问题,提出一种基于稀疏分解和聚类相结合的自适应图像去噪新方法。该方法首先通过改进的K均值(K-means)聚类算法训练样本,构造过完备字典;其次,通过训练过程中每一次迭代,自适应地更新字典的原子,使字典更适应样本的稀疏表示;然后利用正交匹配追踪(OMP)算法实现图像的稀疏表示,从而达到图像去噪的目的。实验结果表明：与传统的字典训练方法相比,新算法有效地降低了运算复杂度,并取得更好的图像去噪效果。     

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。     

基于多字典学习和图像块映射的超分辨率重建

针对单一冗余字典在稀疏表示图像超分辨率重建结果出现不清晰、伪影以及重建过程编码效率不高、运算时间过长的问题,提出一种基于多字典学习和图像块映射的超分辨率重建方法。该方法在传统稀疏表示的框架下,首先探索局部图像块的梯度结构信息,按梯度角度将训练样本块分类;然后为每个子类样本集学习高低分辨率字典对,再结合最近邻思想应用生成的字典,为每个子类计算从低分辨率块到高分辨率块映射的函数;最后将重建过程简化为输入块和映射函数的乘积,在保证提高重建质量的同时减少了图像重建的时间。实验结果表明,所提算法在视觉效果有较大的提升,同时与锚点邻域回归算法相比,评价参数峰值信噪比(PSNR)平均提高约0.4 dB。     

基于字典学习和非局部相似的超分辨率重建

为提高单帧降质图像的分辨率,提出了一种基于字典学习和非局部相似性的超分辨率重建算法。该算法主要将高分辨率图像减去利用迭代反投影重建结果得到差值图像,再利用K-奇异值分解(K-SVD)算法和联合字典生成的思想形成的字典训练方法,训练差值图像块和低分辨率图像块得到对应的高、低分辨率字典用于超分辨重建。此外,引入非局部相似性的正则项约束以提高重建图像的质量。实验结果表明,所提算法重建得到的图像在主观视觉效果和客观评价上优于基于例子学习的超分辨率算法。     

基于多尺度稀疏表示的图像融合方法

针对目前基于稀疏表示的常用图像融合算法计算复杂度高以及忽略图像局部特征的问题,提出多尺度稀疏表示(multi-scale sparse representation,MSR)的图像融合方法.充分利用小波多尺度分析较好突出图像局部特征的特点,将其和过完备稀疏表示有效结合;待融合图像在小波解析域中进行小波多层分解,对每个尺度的特征运用K-SVD (kernel singular value decomposition)多尺度字典进行OMP (orthogonal matching pursuit)稀疏编码,并在小波域中各个尺度中进行融合.实验结果表明,与传统的小波变换、轮廓波变换、稀疏表示融合算法相比,该算法更能保证图像局部特征的完整性,实现更好的性能.     

自适应字典学习的多聚焦图像融合

基于人类视觉系统及信号的过完备稀疏表示理论,提出一种新的多聚焦图像融合算法。首先从待融合图像中随机取块构成训练样本集,经迭代运算获取过完备字典;然后由正交匹配追踪算法完成图像块的稀疏分解;再按分解系数的显著性选择融合系数并完成图像块的重构;重构块经重新排列并取平均后获得最后的融合图像。实验结果表明:该算法继承了目前较为优秀的多尺度几何分析方法的融合效果;在噪声存在的情况下,该算法表现出较好的噪声抑制能力,随噪声方差的升高,融合图像的主观质量及客观评价指标均要好于传统方法。     

Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别

稀疏编码中字典的选择无论对图像重建还是模式分类都有重要影响,为此提出Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别算法.考虑到Gabor局部特征对光照、表情和姿态等变化的鲁棒性,首先提取图像对应不同方向、不同尺度的多个Gabor特征;然后将降维的增广Gabor特征矩阵作为初始特征字典,通过对该字典的学习得到字典原子对应类别标签的新结构化字典,新字典中特定类的子字典对相关的类具有好的表示能力,同时应用Fisher判别约束编码系数,使它们具有小的类内散度和大的类间散度;最后同时用具有判别性的重构误差和编码系数来进行模式分类.基于3个数据库的实验结果表明本文方法具有可行性和有效性.     

图像组转置训练及非凸约束的去噪去模糊算法

针对稀疏表示模型的过完备字典集训练过程中图像块采样不充分问题,提出图像组转置训练及非凸约束的去噪去模糊算法.采用组间方差约束的图像块搜索策略,并根据自适应软阈值对筛选的字典集进行转置学习.在重构过程中采用l_p(0范数约束以保证结果的强稀疏性.最后采用Bregman拆分迭代法求解文中非凸模型.实验表明,文中算法重构图像具有较好的视觉效果,去噪去模糊效果较优.     

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。     

基于稀疏编码和岭回归的文本图像复原算法

为解决现有稀疏编码方法在文本图像复原中存在的编码码元表述空间有限和计算时间长的问题,提出了一种基于岭回归的稀疏编码文本图像复原方法。首先,该方法在训练阶段使用样本图像块训练出用于稀疏表达的字典,并根据样本图像块和编码码元之间的欧氏距离对样本图像块进行聚类;其次,在局部流形空间构建低质量文本图像块和清晰文本图像块之间的岭回归,实现对编码码元表述空间的局部多线性扩展和快速计算;最后,在测试阶段搜索和低质量文本图像最相近的编码码元,计算出近似的清晰文本图像块,从而避免计算耗时的低质量文本图像块的稀疏编码。实验结果表明,所提算法在恢复的图像质量上相比现有的基于稀疏编码的算法在峰值信噪比上高0.3~1.1 dB,耗时降低了1~2个数量级,为提高文本图像复原质量和提升算法运算速度提供了一种解决方案。     

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。     

Single Image Super-Resolution Reconstruction Technique based on A Single Hybrid Dictionary

A new sparse domain approach is proposed in this paper to realize the single image super-resolution (SR) reconstruction based upon one single hybrid dictionary, which is deduced from the mixture of both the high resolution (HR) image patch samples and the low resolution (LR) ones. Moreover, a linear model is proposed to characterize the relationship between the sparse representations of both the HR image patches and the corresponding LR ones over the same hybrid dictionary. It is shown that, the requirement on the identical sparse representation of both HR and LR image patches over the corresponding HR dictionary and the LR dictionary can be relaxed. It is unveiled that, the use of one single hybrid dictionary can not only provide a more flexible framework to keep the similar sparse characteristics between the HR patches and the corresponding degenerated LR patches, but also to accommodate their differences. On this basis, the sparse domain based SR reconstruction problem is reformulated. Moreover, the proposed linear model between the sparse representations of both the HR patch and the corresponding LR patch over the same hybrid dictionary offers us a new method to interpret the image degeneration characteristics in sparse domain. Finally, practical experimental results are presented to test and verify the proposed SR approach.