多幀圖像超分辨率重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、空間分辨率是衡量圖像質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，圖像的分辨率越高就越能提供更多原始場景的細(xì)節(jié)。鑒于光學(xué)器件的物理局限性和昂貴的成本價(jià)格，迫切需要探討一種可以突破成像系統(tǒng)限制的新方法來提高分辨率水平，這就是計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理領(lǐng)域中超分辨率圖像重建技術(shù)的研究目的。近年來，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像、衛(wèi)星成像、視頻監(jiān)視、以及遙感偵察等成像領(lǐng)域，有著非常重要的理論意義以及應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文針對多幀圖像超分辨率重建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，目的是將

2、具有同一場景的多幅模糊且有噪聲的低分辨率圖像(或低分辨率視頻序列)之間的相關(guān)信息進(jìn)行融合，最終生成一幅去模糊去噪的高分辨率圖像(或高分辨率視頻序列)。具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)從靜態(tài)重建角度出發(fā)，提出了一種基于高斯會字塔光流(GPOF)配準(zhǔn)和L1范數(shù)的多幀圖像超分辨率重建方法。該方法的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模型采用了高斯金字塔分層結(jié)構(gòu)的光流場亞像素配準(zhǔn)思想，既加速了算法的執(zhí)行同時(shí)也達(dá)到了超分辨率重建的亞像素級精度。在重建過程中，該方法在

3、數(shù)據(jù)保真項(xiàng)和正則項(xiàng)上均基于具有魯棒性的L1范數(shù)估計(jì)，其中雙邊全變差(BTV)先驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鳛檎齽t項(xiàng)不僅計(jì)算代價(jià)低而且有效的保持了圖像的邊緣。最后利用中值“shift and add”方法，在低分辨率幀間僅有平移運(yùn)動(dòng)且點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)模糊是平移不變的情況下，初始化目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化迭代方程中的高分辨率圖像的值。實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的方法能夠有效地消除異常值，使圖像具有銳利的邊緣。
　　 (2)在靜態(tài)超分辨率重建的基礎(chǔ)上，提出了一種基于卡爾曼濾波逼近

4、的單色視頻序列的動(dòng)態(tài)重建方法。在平移運(yùn)動(dòng)與公共空間不變模糊的條件下，根據(jù)卡爾曼濾波器的循環(huán)更新方程，對于所輸入的低分辨率圖像視頻序列給出了動(dòng)態(tài)重建的遞推模型和前向數(shù)據(jù)融合方法，即前向動(dòng)態(tài)shift-and-add算法。該算法通過對均值-協(xié)方差數(shù)對的不斷更新，以因果關(guān)系的模式生成了初始狀態(tài)下的高分辨率視頻序列Z(t)。最后采用最大后驗(yàn)概率估計(jì)和雙邊全變差先驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合的理論，對所得到的初始高分辨率視頻序列進(jìn)行去模糊和插值操作，從而獲得最終