[發(fā)明專利]基于非局部窗口梯度的模糊圖像盲復(fù)原方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011264124.2 | 申請日: | 2020-11-12 |
| 公開(公告)號: | CN112365420A | 公開(公告)日: | 2021-02-12 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 唐述;顧佳 | 申請(專利權(quán))人: | 重慶郵電大學(xué) |
| 主分類號: | G06T5/00 | 分類號: | G06T5/00;G06T5/10 |
| 代理公司: | 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275 | 代理人: | 楊柳岸 |
| 地址: | 400065 *** | 國省代碼: | 重慶;50 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 基于 局部 窗口 梯度 模糊 圖像 復(fù)原 方法 | ||
1.基于非局部窗口梯度的模糊圖像盲復(fù)原方法,其特征在于:該方法包括以下步驟:
圖像的模糊退化模型用如下的數(shù)學(xué)模型來表示:
其中,B、I和K分別代表觀察到的模糊圖像、原始清晰圖像和模糊核,N是存在的加性噪音,表示卷積運算;
在大小為M×N的圖像上定義一個大小為n×n的圖像塊P,那么非局部窗口梯度NLWG被定義為:
NLWG(IP)=max(Pi-Pj)=max(ΔIP) i,j∈{1,2,3...n} (2)
其中,ΔIP=Pi-Pj,Pi和Pj表示圖像塊P上的第i和第j個像素點;
根據(jù)公式(1)中圖像模糊的數(shù)學(xué)模型,得出:模糊圖像的NLWG比清晰圖像的NLWG小,具體的數(shù)學(xué)推導(dǎo)如下:
由公式(3)知,NLWG適用于圖像中的所有圖像塊;
無論是清晰圖像還是模糊圖像,所有像素點的像素值都能夠被歸一化到[0,1]之間,那么:
1-NLWG(IP)≤1-NLWG(BP) (4)
非局部窗口梯度先驗被定義為:
R(I)=||1-NLWG(I)||1 (5)
其中,||·||1表示L1范數(shù);
選擇NLWG的最小上界1保證最終的代價函數(shù)的值是最小的;
基于非局部窗口梯度先驗的模糊圖像盲復(fù)原模型為:
其中,||·||2表示L2范數(shù),分別表示圖像I在水平方向和垂直方向上的一階差分運算,α、β和γ分別是對應(yīng)正則項的權(quán)重參數(shù);
對提出模型的最優(yōu)化求解;
采用非盲復(fù)原方法來得到最終的清晰復(fù)原圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非局部窗口梯度的模糊圖像盲復(fù)原方法,其特征在于:所述基于非局部窗口梯度先驗的模糊圖像盲復(fù)原模型共由四個部分組成:
第一項是圖像的保真項,保證最終的復(fù)原圖像的內(nèi)容不失真;
第二項NLWG先驗正則化約束項,保證在最優(yōu)化的過程中讓解更加接近清晰的圖像;
第三項是圖像梯度的L0范數(shù),保證提取出圖像中的顯著邊緣來引導(dǎo)模糊核的估計往正確的方向進行;
第四項則用于對模糊核的約束,保證估計出的模糊核的平滑性和稀疏性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于非局部窗口梯度的模糊圖像盲復(fù)原方法,其特征在于:所述對提出模型的最優(yōu)化求解具體為:
由公式(6)知,模型需要求解出I和K兩個未知數(shù),采用交互式的迭代求解策略來迭代的求解I和K,將對公式(6)分解成對I的子問題和K的子問題,兩個子問題的求解,分別如公式(7)和(8)所示:
子問題I的求解:
為求解子問題(7),引入輔助變量u和v,同時引入兩個約束條件:u=1-NLWG(I)和v=▽I,其中,v=(vx,vy),則公式(7)就為:
由公式(2)和公式(5)知,NLWG(I)等效為一個矩陣M與圖像I的向量形式VI的乘積:
其中,j是以i為中心的圖像塊P上的像素,那么NLWG(·)操作就被轉(zhuǎn)換成:NLWG(I)=MVI;公式(9)就變?yōu)椋?/p>
其中,K是模糊核K的矩陣形式,,VB,Vu和Vv分別是B,u和v的向量形式;引入輔助變量q,求解如下的代價函數(shù):
采用交互式的求解策略,交互式的迭代求解I,u,v和q;首先固定u和v,得到:
再對公式(14)進行交替的迭代求解I和q,得:
公式(14)是一個二次性的方程,通過快速的傅里葉變換和分別對I和q進行求導(dǎo),并令導(dǎo)數(shù)為零求得I和q:
其中,ξ(·)和ξ-1(·)分別表示快速的傅里葉變換和快速的傅里葉逆變換,表示ξ(·)的復(fù)共軛,表示逐元素相乘操作,除法為點除;
給定I,求得u和v:
得:
子問題K的求解
對于模糊核K的子問題的求解,給定I,模糊核K的最優(yōu)化求解問題為:
公式(18)是一個二次性的問題,采用快速的傅里葉變化對其進行求解,得:
為得到具有物理意義的解,采用圖像盲復(fù)原中通用的非負(fù)和歸一化約束來對每次迭代中求得的模糊核K進行約束:
其中是模糊核K的定義域;
利用雙線性下采樣對模糊噪聲圖像B建立多層圖像金字塔,下采樣因子為然后在圖像金字塔的每個分辨率層都循環(huán)迭代地求解子問題I和子問題K;將模糊噪聲圖像B的最低分辨率層Bcoarsest作為復(fù)原圖像的初始輸入值,將u,v和q的初始值設(shè)為零;一旦模糊核K被最終估計得到,采用非盲復(fù)原方法來得到最終的清晰復(fù)原圖像。
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