正则化算法在CT图像重建上的应用

由于受数据采集时间、照射剂量、成像系统扫描的几何位置等因素的约束,计算机断层成像（Computed tomography,CT）技术目前只能在有限角度范围或在较少的投影角度得到数据,这些都属于不完全角度重建问题. 因此,图像重建的算法应用变得尤为重要,本文将现有的几种正则化超分辨率重建算法应用到CT图像重建上并做了一系列的对比分析,分析不同算法下不同的图像重建效果. 首先对低分辨率CT图像进行图像配准,然后再进行样条插值放大,最后运用相关正则化算法进行超分辨率图像重建. 实验结果表明正则化算法的应用一定程度上提高了图像分辨率,其中双边正则化下的重建效果最好,基于L2范数全变分正则化效果较差.     

Face hallucination based on two-dimensional joint learning

In this paper, a face hallucination method based on two-dimensional joint learning is presented. Unlike the existing works on face super-resolution algorithms that first reshape the image or image patch into 1D vector, in our study the spatial construction of the high resolution (HR) and the low resolution (LR) face image are efficiently maintained in the reconstruction procedure. Enlightened by the 1D joint learning approach for image super-resolution, we propose a 2D joint learning algorithm to map the original 2D LR and HR image patch spaces onto a unified feature subspace. Subsequently, the neighbor-embedding (NE) based super-resolution algorithm can be conducted on the unified feature subspace to estimate the reconstruction weights. With these weights, the initial HR facial image can be generated. To refine further the initial HR estimate, the global reconstruction constraint is exploited to improve the quality of reconstruction result. Experiments on the face databases and real-world face images demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

Texture image prior for SAR image super resolution based on total variation regularization using split Bregman iteration

In this article, we propose a total variation (TV) regularization approach for the reconstruction of super-resolution synthetic aperture radar (SAR) image based on gradient profile prior or other texture image prior in the maximum a posteriori framework. We also design a novel super-resolution reconstruction algorithm via split Bregman iteration with the known degradation matrix, thereby enhancing the resolution of the SAR image. The parameter adaptation of the TV regularization is performed based on the high-resolution (HR) SAR image at each step. Several evaluation indices are tested on SAR images for objective assessment of the performance of SAR image super-resolution reconstruction. This computationally efficient algorithm is robust to noise in SAR scenes in HR image estimation. Experimental results show that the proposed split Bregman super-resolution approach can effectively avoid the speckle noise generated due to some strange textures and has good effect of noise suppression, while effectively maintaining the SAR image content, the structure of the SAR image is more apparent. Additionally, the experimental results on real SAR scenes also demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm and demonstrate its superiority to other super-resolution algorithms.     

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。     

基于双分支融合的反馈迭代金字塔去模糊和超分辨率算法

针对低分辨率模糊图像实施超分辨率重建后出现大量伪影和边缘纹理不清晰问题,提出了一种双分支融合的反馈迭代金字塔算法.首先采用不同的分支模块分别提取低分辨率模糊图像中潜在的去模糊特征和超分辨率特征信息;然后采用自适应融合机制将两种不同性质的特征进行信息匹配,使网络在去模糊和超分辨率重建模块中更加关注模糊区域;其次使用迭代金字塔重建模块将低分辨率模糊图像渐进重建为逼近真实分布的超分辨率清晰图像;最后重建图像通过分支反馈模块生成清晰低分辨率图像,构建反馈监督.在GOPRO数据集中与现有算法的对比实验结果表明,所提算法能够生成纹理细节更加清晰的超分辨率图像.     

基于局部回归模型的图像超分辨率重建

针对基于稀疏重建的图像超分辨率(SR)算法一般需要外部训练样本,重建质量取决于待重建图像与训练样本的相似度的问题,提出一种基于局部回归模型的图像超分辨率重建算法。利用局部图像结构会在不同的图像尺度对应位置重复出现的事实,建立从低到高分辨率图像块的非线性映射函数一阶近似模型用于超分辨率重建。其中,非线性映射函数的先验模型是直接对输入图像及其低频带图像的对应位样本块对通过字典学习的方法得到。重建图像块时利用图像中的非局部自相似性,对多个非局部自相似块分别应用一阶回归模型,加权综合得到高分辨率图像块。实验结果表明,该算法重建的图像与同样利用图像具有自相似性的相关超分辨率算法相比,峰值信噪比(PSNR)平均提高0.3~1.1 dB,主观重建效果亦有明显提高。     

倍增比自适应的图像超分辨率重建

近年来,图像超分辨率重建一直是热门的研究领域,但是对于任意倍增比的超分辨率研究仍然鲜见相应的成果.在高倍增比的情形下,图像清晰度变得较低,肉眼已难以识别图像的内容.随着技术的进步,机器视觉已开始识别清晰度极低的图像,面向任意倍增比的超分辨率技术研究已显得日益重要.通过测试各种代表性的超分辨率算法,本文在进行图像超分辨率的任意倍增比分析之后,根据全尺度质量总和准则提出了一种倍增比自适应的超分辨率重建算法.实验结果表明,所提算法在整个倍增尺度内实现了更好的整体重建性能.     

Super-resolution of human face image using canonical correlation analysis

Super-resolution reconstruction of face image is the problem of reconstructing a high resolution face image from one or more low resolution face images. Assuming that high and low resolution images share similar intrinsic geometries, various recent super-resolution methods reconstruct high resolution images based on a weights determined from nearest neighbors in the local embedding of low resolution images. These methods suffer disadvantages from the finite number of samples and the nature of manifold learning techniques, and hence yield unrealistic reconstructed images.To address the problem, we apply canonical correlation analysis (CCA), which maximizes the correlation between the local neighbor relationships of high and low resolution images. We use it separately for reconstruction of global face appearance, and facial details. Experiments using a collection of frontal human faces show that the proposed algorithm improves reconstruction quality over existing state-of-the-art super-resolution algorithms, both visually, and using a quantitative peak signal-to-noise ratio assessment.     

Face hallucination based on sparse local-pixel structure

In this paper, we propose a face-hallucination method, namely face hallucination based on sparse local-pixel structure. In our framework, a high resolution (HR) face is estimated from a single frame low resolution (LR) face with the help of the facial dataset. Unlike many existing face-hallucination methods such as the from local-pixel structure to global image super-resolution method (LPS-GIS) and the super-resolution through neighbor embedding, where the prior models are learned by employing the least-square methods, our framework aims to shape the prior model using sparse representation. Then this learned prior model is employed to guide the reconstruction process. Experiments show that our framework is very flexible, and achieves a competitive or even superior performance in terms of both reconstruction error and visual quality. Our method still exhibits an impressive ability to generate plausible HR facial images based on their sparse local structures.     

一种实时鲁棒的超分辨率图像重建方法

在智能交通系统中,超分辨率重建技术有着广泛的应用。提出一种新的超分辨率图像重建方法,用于提高超分辨率图像的重建质量。该方法从低分辨率图像中提取出具有独特性和鲁棒性的SURF特征描述子,进行匹配计算,采用最小二乘法估计运动参数,采用ANC算法对图像进行插值计算。实验结果表明,该方法具有较强的鲁棒性和实时性,重建质量较之其他重建算法要高。     

基于小波域HMT模型的序列图像超分辨率重建*

鉴于基于小波域隐马尔可夫树的噪声抑制性和较好的边缘保持性,提出一种基于小波域隐马尔可夫树的序列图像的超分辨率重建算法。针对小波系数进行统计建模,讨论了不同尺度小波系数之间的隐马尔可夫树结构,利用了序列图像的运动信息,运用极大后验概率估计和贝叶斯原理,将小波域HMT作为图像先验知识并给出了超分辨率重建算法,最终通过EM算法和共轭梯度算法的交替迭代进行优化计算。实验结果表明方法的重建效果得到了明显的改进。     

基于反馈机制的图像超分辨率重建算法

现有的图像超分辨率重建方法充分利用了强大的深度学习模型,但忽略了人类视觉系统中普遍存在的反馈机制。提出一种新型图像超分辨率重建算法,通过具有约束条件的递归神经网络中包含的隐藏状态实现反馈机制,旨在处理网络间的反馈连接并生成更具说服力的高级表示形式,提供更多的上下文信息,从而帮助低分辨率图像完成高分辨率图像的重建。此外,具有较强早期图像重建能力的反馈网络可逐步生成最终的高分辨率图像。为解决低分辨率图像因多种类型的退化而导致的细节损失问题,引入课程学习策略,使网络适用于更复杂的任务,提升模型的鲁棒性。实验结果表明,该算法能有效提升图像超分辨率重建的准确性,与SRCNN、VDSR、RDN等算法相比,其PSNR值最高提升了7.15 dB。     

基于组合学习的人脸超分辨率算法

现有的基于深度学习的人脸超分辨算法大部分仅仅利用一种网络分区重建高分辨率输出图像,并未考虑人脸图像中的结构性信息,导致了在人脸的重要器官重建上缺乏足够的细节信息。针对这一问题,提出一种基于组合学习的人脸超分辨率算法。该算法独立采用不同深度学习模型的优势重建感兴趣的区域,由此在训练网络的过程中每个人脸区域的数据分布不同,不同的子网络能够获得更精确的先验信息。首先,对人脸图像采用超像素分割算法生成人脸组件部分和人脸背景图像;然后,采用人脸组件生成对抗网络（C-GAN）独立重建人脸组件图像块,并采用人脸背景重建网络生成人脸背景图像;其次,使用人脸组件融合网络将两种不同模型重建的人脸组件图像块自适应融合;最后,将生成的人脸组件图像块合并至人脸背景图像中,重建出最终的人脸图像。在FEI数据集上的实验结果表明,与人脸图像超分辨率算法通过组件生成和增强学习幻构人脸图像（LCGE）及判决性增强的生成对抗网络（EDGAN）相比,所提算法的峰值信噪比（PSNR）值分别高出1.23 dB和1.11 dB。所提算法能够采用不同深度学习模型的优势组合学习重建更精准的人脸图像,同时拓展了图像重建先验的来源。     

基于非局部自回归学习的医学图像超分辨重建方法

由于受放射剂量的影响及成像设备条件的限制,医学图像在成像过程中的分辨率不高,并在一定程度上影响后期临床诊疗的精度.针对此问题,文中提出基于非局部自回归学习的医学图像超分辨重建方法.利用医学图像数据固有的非局部相似性特点,将自回归模型引入到基于稀疏表示的医学图像超分辨重建模型中,同时利用聚类算法得到分类字典,提高实验效率.实验表明,文中方法提高医学图像分辨率方面的可行性,及在重建效率和性能方面的优势     

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...     

基于深度学习特征字典的单帧图像超分辨率重建

在基于字典的单帧图像超分辨率重建算法中,依赖人工浅层特征设计的字典表达图像特征能力有限。为此,提出基于深度学习特征字典的超分辨重建方法。该算法首先利用深度网络进行高、低分辨率训练样本图像深层次特征学习;然后,在稀疏字典超分辨框架下联合训练特征字典;最后,输入单帧低分辨率图像并利用该字典实现超分辨率重建。理论分析表明,引入深度网络提取图像深层次特征并用于字典训练,对低分辨率图像的高频信息补充更加有利。实验证明,与双三次插值以及基于一般人工特征字典的超分辨重建算法相比,本文算法的主观视觉和客观评价指标均高于对比算法。     

基于稀疏表示的多幅图像快速超分辨率重建

针对基于稀疏表示的图像超分辨率重建(SRR)提高图像的重建质量,但一般存在计算量大、耗时长的问题,通过粒子群优化稀疏表示算法获得稀疏表示;对多幅图像的稀疏系数进行融合;根据融合后的稀疏系数重建得到高分辨率图像.实验结果表明:方法的重建速度更快,重建质量更高.     

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。     

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。     

基于卷积神经网络的视频图像超分辨率重建方法

为了进一步增强视频图像超分辨率重建的效果,研究利用卷积神经网络的特性进行视频图像的空间分辨率重建,提出了一种基于卷积神经网络的视频图像重建模型。采取预训练的策略用于重建模型参数的初始化,同时在多帧视频图像的空间和时间维度上进行训练,提取描述主要运动信息的特征进行学习,充分利用视频帧间图像的信息互补进行中间帧的重建。针对帧间图像的运动模糊,采用自适应运动补偿加以处理,对通道进行优化输出得到高分辨率的重建图像。实验表明,重建视频图像在平均客观评价指标上均有较大提升（PSNR +0.4 dB / SSIM +0.02）,并且有效减少了图像在主观视觉效果上的边缘模糊现象。与其他传统算法相比,在图像评价的客观指标和主观视觉效果上均有明显的提升,为视频图像的超分辨率重建提供了一种基于卷积神经网络的新颖架构,也为进一步探索基于深度学习的视频图像超分辨率重建方法提供了思路。