利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明應(yīng)用于圖像信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù) 方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像恢復(fù)包括圖像去噪、圖像恢復(fù)等問題。以圖像恢復(fù)為例，圖像恢復(fù)問題是指 當(dāng)圖像在隨機(jī)位置上有像素丟失（如圖2(a)所示）時，如何恢復(fù)出高質(zhì)量原圖。求解 圖像恢復(fù)問題需要引入圖像的先驗(yàn)知識，例如在圖像復(fù)原問題中被廣泛應(yīng)用的TV (Total variation,總變差）正則化（regularization)方法。TV正則化方法利用了自然圖像 的大部分區(qū)域都比較平滑，因此大部分梯度數(shù)據(jù)都很小這一特點(diǎn)，可以表示為TV(U)= IiIIDiUlh其中u表示圖像，DiU ER2是像素 i上的梯度。II. Il可以是1范數(shù)或者2范 數(shù)，分別表示各向異性和各向同性的TV。TV刻畫了圖像的局部平滑性，可以看作梯度域的 稀疏性約束。
[0003] 上述現(xiàn)有技術(shù)中的圖像復(fù)原問題中的TV正則化方法的缺點(diǎn)為：現(xiàn)有的TV正則項(xiàng) 方法用于描述圖像先驗(yàn)并不足夠精確，因?yàn)楝F(xiàn)有的TV正則項(xiàng)方法隱含地假設(shè)了所有梯度 數(shù)據(jù)都服從同樣的零均值拉普拉斯分布，而實(shí)際上，自然圖像中的不同像素位置的梯度數(shù) 據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性往往是不同的。因此，現(xiàn)有的TV正則項(xiàng)方法的圖像恢復(fù)或者重構(gòu)的質(zhì)量并不 商。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法和裝置，以實(shí)現(xiàn) 有效地進(jìn)行自適應(yīng)圖像恢復(fù)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，包 括：
[0006] 建立圖像中待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本；
[0007] 根據(jù)所述訓(xùn)練樣本計(jì)算出所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性；
[0008] 根據(jù)所述圖像中多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對所述圖像進(jìn)行約 束優(yōu)化，獲取所述圖像中所述多個待恢復(fù)像素對應(yīng)的重構(gòu)像素。
[0009] 優(yōu)選地，所述的建立圖像中待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本，包括：
[0010] 選取圖像中待恢復(fù)的像素位置，將以所述待恢復(fù)的像素位置為中心的設(shè)定大小的 圖像塊記為圖像塊Pi,在所述圖像的范圍內(nèi)進(jìn)行圖像塊匹配，找出所述圖像塊設(shè)定數(shù) 量個相似圖像塊，所述相似圖像塊與所述圖像塊Pi的差異小于設(shè)定閾值，將所述設(shè)定數(shù)量 個相似圖像塊的中心像素的梯度數(shù)據(jù)作為所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本。 [0011] 優(yōu)選地，所述的根據(jù)所述訓(xùn)練樣本計(jì)算出所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì) 特性，包括：
[0012] 利用所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)訓(xùn)練樣本，計(jì)算出所述待恢復(fù)的像素位置i 對應(yīng)的水平梯度期望估計(jì)值和堅(jiān)直梯度期望估計(jì)值，以及水平梯度的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值 σ；1，堅(jiān)直梯度的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值Cif ;
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，其特征在于，包括： 建立圖像中待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本； 根據(jù)所述訓(xùn)練樣本計(jì)算出所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性； 根據(jù)所述圖像中多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對所述圖像進(jìn)行約束優(yōu) 化，獲取所述圖像中所述多個待恢復(fù)像素對應(yīng)的重構(gòu)像素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，其特征在于，所述的 建立圖像中待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本，包括： 選取圖像中待恢復(fù)的像素位置，將以所述待恢復(fù)的像素位置為中心的設(shè)定大小的圖像 塊記為圖像塊Pi,在所述圖像的范圍內(nèi)進(jìn)行圖像塊匹配，找出所述圖像塊Pi的設(shè)定數(shù)量個 相似圖像塊，所述相似圖像塊與所述圖像塊P i的差異小于設(shè)定閾值，將所述設(shè)定數(shù)量個相 似圖像塊的中心像素的梯度數(shù)據(jù)作為所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，其特征在于，所述的 根據(jù)所述訓(xùn)練樣本計(jì)算出所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，包括： 利用所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)訓(xùn)練樣本，計(jì)算出所述待恢復(fù)的像素位置i對 應(yīng)的水平梯度期望估計(jì)值mf和堅(jiān)直梯度期望估計(jì)值my，以及水平梯度的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值 .σ；1，堅(jiān)直梯度的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值.σ；7;
其中Dh表示水平方向梯度算子，計(jì)算水平方向上相鄰位置像素值之差，Dfx:表示圖像 X中待恢復(fù)的像素位置j對應(yīng)的水平梯度；Dv表示堅(jiān)直方向梯度算子，計(jì)算堅(jiān)直方向上相鄰 位置像素值之差，DI 7X:表示待恢復(fù)的像素位置j對應(yīng)的堅(jiān)直梯度；Li為存放相似圖像塊的 中心像素位置的集合，y為與圖像失真程度相關(guān)的參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，其特征在于，所述的 根據(jù)所述圖像中多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對所述圖像進(jìn)行約束優(yōu)化， 獲取所述圖像中所述多個待恢復(fù)像素對應(yīng)的重構(gòu)像素，包括： 根據(jù)圖像中多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對所述圖像進(jìn)行約束優(yōu)化， 求解對所述圖像進(jìn)行恢復(fù)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，該優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如下：
其中，Dj1X:表示圖像X中待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度，Dfx表示待恢復(fù)的像 素位置i對應(yīng)的堅(jiān)直梯度，m；1為待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度期望估計(jì)值，mf為 待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的堅(jiān)直梯度期望估計(jì)值，wjp W2為設(shè)定的權(quán)重值；H為圖像退化 算子，y為圖像觀測數(shù)據(jù)，P和q為設(shè)定的數(shù)值； 將所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的求解結(jié)果作為對所述多個待恢復(fù)像素進(jìn)行了恢復(fù)后的重構(gòu)的 圖像。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，其特征在于，所述的
為待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值，所述 為待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的堅(jiān)直梯度標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值。
6. -種利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)裝置，其特征在于，包括： 訓(xùn)練樣本建立模塊，用于建立圖像中待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本； 梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性獲取模塊，用于根據(jù)所述訓(xùn)練樣本計(jì)算出所述待恢復(fù)像素位置的 梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性； 圖像恢復(fù)模塊，用于根據(jù)所述圖像中多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對 所述圖像進(jìn)行約束優(yōu)化，獲取所述圖像中所述多個待恢復(fù)像素對應(yīng)的重構(gòu)像素。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)裝置，其特征在于： 所述的訓(xùn)練樣本建立模塊，具體用于選取圖像中待恢復(fù)的像素位置，將以所述待恢復(fù) 的像素位置為中心的設(shè)定大小的圖像塊記為圖像塊Pi,在所述圖像的范圍內(nèi)進(jìn)行圖像塊匹 配，找出所述圖像塊P i的設(shè)定數(shù)量個相似圖像塊，所述相似圖像塊與所述圖像塊P i的差異 小于設(shè)定閾值，將所述設(shè)定數(shù)量個相似圖像塊的中心像素的梯度數(shù)據(jù)作為所述待恢復(fù)像素 位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)裝置，其特征在于： 所述的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性獲取模塊，具體用于利用所述待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù) 訓(xùn)練樣本，計(jì)算出所述待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度期望估計(jì)值.mf和堅(jiān)直梯度期 望估計(jì)值，以及水平梯度的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值σ?1，堅(jiān)直梯度的標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值;
其中Li為存放相似圖像塊的中心像素位置的集合，μ為與圖像失真程度相關(guān)的參數(shù)， Dh表示水平方向梯度算子，計(jì)算水平方向上相鄰位置像素值之差，Dfx:表示圖像X中待恢 復(fù)的像素位置j對應(yīng)的水平梯度；D v表示堅(jiān)直方向梯度算子，計(jì)算堅(jiān)直方向上相鄰位置像 素值之差，Dfx表示待恢復(fù)的像素位置j對應(yīng)的堅(jiān)直梯度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)裝置，其特征在于： 所述的圖像恢復(fù)模塊，具體用于根據(jù)圖像中多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特 性，對所述圖像進(jìn)行約束優(yōu)化，求解對所述圖像進(jìn)行恢復(fù)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，該優(yōu)化目標(biāo)函數(shù) 如下：
其中，Dl1X表示圖像X中待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度，Dfx:表示待恢復(fù)的像 素位置i對應(yīng)的堅(jiān)直梯度，為待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度期望估計(jì)值，為 待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的堅(jiān)直梯度期望估計(jì)值，wjP W2為設(shè)定的權(quán)重值；H為圖像退化 算子，y為圖像觀測數(shù)據(jù)，P和q為設(shè)定的數(shù)值； 將所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的求解結(jié)果作為對所述多個待恢復(fù)像素進(jìn)行了恢復(fù)后的重構(gòu)的 圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)裝置，其特征在于，所述
為待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的水平梯度標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值，所述 <為待恢復(fù)的像素位置i對應(yīng)的堅(jiān)直梯度標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)值。
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種利用梯度特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法和裝置。該方法主要包括：建立圖像中待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的訓(xùn)練樣本；根據(jù)訓(xùn)練樣本計(jì)算出待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性；根據(jù)多個待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，對圖像進(jìn)行約束優(yōu)化，獲取圖像中多個待恢復(fù)像素對應(yīng)的重構(gòu)像素。本發(fā)明實(shí)施例通過將非局部相似圖像塊的梯度數(shù)據(jù)作為圖像中待恢復(fù)的像素位置的訓(xùn)練樣本，根據(jù)訓(xùn)練樣本計(jì)算出待恢復(fù)像素位置的梯度數(shù)據(jù)的期望和方差等統(tǒng)計(jì)特性，獲取待恢復(fù)的像素位置對應(yīng)的重構(gòu)后的像素位置，提出了一種新的基于梯度統(tǒng)計(jì)特性的自適應(yīng)圖像恢復(fù)方法，能夠適合于自然圖像中的不同像素位置對應(yīng)不同的梯度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性的情況。
【IPC分類】G06T5-00
【公開號】CN104680497
【申請?zhí)枴緾N201510121482
【發(fā)明人】熊瑞勤, 劉航帆, 馬思偉, 高文
【申請人】北京大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月19日