圖像及視頻超分辨率重建研究.pdf

1、在圖像重建和復(fù)原領(lǐng)域，圖像分辨率是指獲得該圖像的成像系統(tǒng)的分辨率，它是決定圖像質(zhì)量的基本要素。隨著圖像技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)高分辨率圖像的需求越來越強(qiáng)烈，這是由于高分辨率圖像能提供有關(guān)目標(biāo)更多的細(xì)節(jié)信息，更能充分地表現(xiàn)景物特征，這對(duì)于圖像的分析和應(yīng)用都非常重要。 當(dāng)前獲得高分辨率圖像的方法主要有兩種。一種是通過提高成像系統(tǒng)的分辨率來獲得高分辨率的圖像。主要途徑是通過減小單個(gè)感光單元的尺寸，從而增加單位面積內(nèi)的像素?cái)?shù)量達(dá)到提高圖像分辨

2、率的目的。然而由于各種噪聲以及傳感器自身的物理特性等因素的影響，通過減小單個(gè)傳感器尺寸來提高圖像分辨率的方法會(huì)受到一定的限制。而對(duì)于普通的商業(yè)用途而言，使用高精度的光學(xué)部件和昂貴的傳感器來獲得高分辨率的圖像，其成本太高，并不是一種經(jīng)濟(jì)的選擇。另外，即使使用了高分辨率的成像設(shè)備，但由于需求地不斷增長，依然需要進(jìn)一步提高成像系統(tǒng)的分辨率，以期獲得更高分辨率的圖像。因此，僅僅通過改進(jìn)成像設(shè)備來達(dá)到提高圖像分辨率的目的總是有限的，我們還必須借助

3、其他手段提高圖像分辨率。利用信號(hào)處理方法，通過對(duì)一組低分辨率圖像之間的信息融合，同樣可以提高圖像分辨率，這就是超分辨率圖像重建技術(shù)。它已被廣泛應(yīng)用于高分辨率成像技術(shù)中，是目前圖像處理最活躍的研究領(lǐng)域之一。 超分辨率圖像重建的主要機(jī)理是：低分辨率圖像序列可以看作是對(duì)同一幅高分辨率圖像在不同位置采樣的結(jié)果。由于低分辨率圖像之間存在不同的亞像素位移，每幅圖像都包含了關(guān)于高分辨率圖像的新信息，通過發(fā)掘這些信息就能夠從這組低分辨率的圖像重

4、構(gòu)出高分辨率的圖像。 超分辨率圖像重建研究的主要內(nèi)容有：準(zhǔn)確的成像模型、精確的亞像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)、重建框架、超分辨率重建的理論分析及應(yīng)用等。對(duì)于超分辨率重建中的主要內(nèi)容，本文開展了一些研究工作，本文工作的創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 1．基于多優(yōu)化目標(biāo)超分辨率重建的概念，提出了多目標(biāo)規(guī)整化圖像與運(yùn)動(dòng)場(chǎng)超分辨率重建方法和隔行視頻超分辨率重建。在貝葉斯框架下，論文推導(dǎo)了超分辨率圖像重建的能量泛函。該泛函包括了兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：一個(gè)是圖像的

5、優(yōu)化目標(biāo)，另一個(gè)是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的優(yōu)化目標(biāo)。論文所提方法克服了超分辨率圖像重建的病態(tài)特性; 2．提出了基于總變分的盲超分辨率圖像重建的方法。論文通過分析低分辨率圖像的成像過程，提出了基于規(guī)整化的盲超分辨率重建能量泛函。在求解時(shí)采用了交替最小化方法，并在迭代過程中，利用對(duì)圖像和降晰函數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)結(jié)果施加約束，最后得到了合理的結(jié)果; 3．提出了基于時(shí)空光滑約束的總變分最小化視頻去隔行方法。試驗(yàn)證明，時(shí)空光滑約束可以有效克服去隔行

6、問題的病態(tài)特性。在求解能量泛函時(shí)，論文采用了凸半二次規(guī)整化方法; 4．提出了基于棱邊檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的去隔行算法。論文利用棱邊檢測(cè)算子，將圖像區(qū)分為棱邊部分與非棱邊部分，這樣就較好地解決了圖像中棱邊部分去隔行和非棱邊部分去隔行的不同要求。另外，論文提出的棱邊方向檢測(cè)模板具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能在較大尺度上確定棱邊的走向; 5．論文提出了三個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其中，分辨率深度標(biāo)準(zhǔn)可以定量評(píng)價(jià)超分辨率圖像重建的效果。平均可分辨度標(biāo)準(zhǔn)