基于TV正则的图像放大模型及其实现

【摘要】：分辨率是体现图像质量的一个重要因素，在众多应用领域具有广泛的需求，诸如遥感、医学、印刷、日常照片处理等。但由于受到成像条件和成像方式的限制，以及存储容量与网络传输容量的限制，使其分辨率无法保持较高的水准。图像放大，亦称超分辨率复原，能够改善图像的质量，而不需要改变硬件设备，因而具有成本低，速度快，可充分利用现有的成像系统的优点。 为了提高图像分辨率，改善图像质量与视觉效果，本文分析了图像放大的已有算法，并重点研究了基于偏微分方程的图像处理算法，提出了几种实现图像放大的新思路。此外，还对图像分割的全局与局部活动轮廓模型进行了研究与改进。具体而言，主要有如下几个方面的工作： 1.对基于插值与小波变换的放大算法分析比较 对目前已有的常用插值放大算法及基于小波的放大算法进行了简要介绍，并对各种算法进行了实现和对比分析，介绍了该方向算法的最新研究动态。 2.实现基于滤波模型的图像放大算法 概述了扩散现象与图像滤波，介绍了图像处理算法的各向同性扩散与各向异性扩散模型。由于插值放大的图像带有方片与边缘锯齿现象，把这种现象看成是一种噪声，用去噪模型对插值放大的结果进行滤波。 3.提出基于自蛇模型的图像放大算法 自蛇模型是一种优秀的非线性滤波模型。通过双线性插值得到图像以及图像边缘检测函数的的放大结果，作为自蛇模型的初始估计，进行迭代求解。为了得到更精确的解，引入了高斯移动平均约束进行校正。模型采用迎风格式的迭代方案进行了求解，并进行编程实验。 4.运用复原模型进行图像放大 介绍了图像的TV复原模型ROF模型，并利用迎风格式迭代法进行了实现。把图像放大中待填补的点看成是图像复原中待修复的点，从而利用图像修复模型实现图像的放大。 5.提出一种基于图像方向角的放大模型 通过对复原的LOT模型的研究，受其启发，提出了一种基于图像方向角的放大模型，并运用增广拉格朗日法，给出其进行数值计算方案。通过编程实验，验证了模型的有效性，放大图像的视觉效果有明显提高，实验数据也表明了模型的优越性。 6.改进一种结合区域的活动轮廓和全局活动轮廓的分割框架 通过对图像分割方面的一些研究，给出了一种结合基于区域的活动轮廓和基于全局的活动轮廓的自适应图像分割框架，引入图像边缘停止函数g来自动平衡演化过程中局部和全局的灰度信息之间的相互影响。对模型采用模糊区域竞争算法进行快速求解，并针对一些灰度非均匀图像进行了分割实验，验证了新框架具有更好的分割效果。