基于四階偏微分方程的并行圖像去噪研究.pdf

1、在圖像處理領(lǐng)域中，不可避免的是大量的待處理數(shù)據(jù)和各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算。如今，數(shù)字圖像的處理速度已難以滿足實時性的要求。而并行計算是提高圖像處理速度最為有效的技術(shù)。并行圖像處理技術(shù)就是為了加快圖像處理的速度，擴(kuò)大圖像處理的規(guī)模，以此來解決單處理器串行計算無法滿足大規(guī)模計算的需求。圖像去噪是圖像處理中的基本問題，四階偏微分方程圖像去噪方法具有良好的去噪效果，但其計算量大，影響其實時性。因此，對四階偏微分方程去噪算法進(jìn)行并行化研究是當(dāng)前非常重要

2、和有價值的方向。
　　 本文主要研究基于四階偏微分方程的并行圖像去噪算法。首先，給出了一個改進(jìn)的四階偏微分方程去噪模型。該改進(jìn)模型利用四方向?qū)?shù)信息和對數(shù)圖像處理(LIP)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造了四方向LIP度量算子來全面客觀地度量圖像信息，能夠有效地去除噪聲和保護(hù)邊緣細(xì)節(jié)信息，同時減少了誤差，更符合人類視覺；根據(jù)人類視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化特性，利用噪聲可見度函數(shù)構(gòu)造保真項系數(shù)，進(jìn)一步保持了圖像的邊緣細(xì)節(jié)并避免了人為的估計噪聲水平。實驗結(jié)果表

3、明：該改進(jìn)模型能夠更好地去除噪聲，保護(hù)邊緣、細(xì)節(jié)等特征，在視覺效果和客觀評價指標(biāo)上都明顯優(yōu)于原方法。其次，對改進(jìn)模型設(shè)計并行算法。通過分析改進(jìn)模型去噪算法的可并行性，從分治策略的選擇、數(shù)據(jù)劃分、超級步的劃分等幾個方面入手，基于MPI編程模型對改進(jìn)模型設(shè)計了并行算法，搭建機(jī)群實驗平臺并實現(xiàn)仿真。實驗結(jié)果表明：該并行算法具有較好的并行性能，提高了計算效率，縮短了運行時間，而且能保持串行去噪算法的圖像處理質(zhì)量和視覺效果，體現(xiàn)了并行計算的優(yōu)勢和

4、必要性。此外，對改進(jìn)模型的并行算法做進(jìn)一步優(yōu)化。采用混合編程模型，利用節(jié)點間并行與節(jié)點內(nèi)并行的兩級并行結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多粒度并行算法，并通過分析混合并行模型的特征，抽象出二維圖像的混合并行時間模型用來分析并行算法的性能瓶頸，以此來尋找優(yōu)化規(guī)律和解決同類應(yīng)用問題。利用同樣的實驗平臺實現(xiàn)仿真。實驗結(jié)果表明：優(yōu)化的并行去噪算法能保持先前并行算法的圖像處理效果且并行性能更好，驗證了混合模型并行算法的優(yōu)越性。最后，將優(yōu)化的并行去噪算法應(yīng)用于天氣預(yù)報領(lǐng)域