一種塊效應抑制的降質模糊圖像非盲復原方法技術

本發明專利技術公布了一種塊效應抑制的降質模糊圖像非盲復原方法。經過低比特率塊編碼壓縮重構后的降質圖像邊界會出現明顯的塊效應，常規的圖像復原方法往往難以得到理想的復原結果。本發明專利技術提出了一種可以實現JPEG高壓縮率下的模糊圖像復原方法。在全變分(total?variation?TV)正則化約束的基礎上，增加新的抑制塊效應的正則化L2范數約束，保證了在復原圖像的過程中逐步抑制塊效應帶來的負面影響。本發明專利技術能夠得到兼顧消除塊效應與保留圖像細節的復原效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機成像
，主要涉及模糊圖像經過圖像壓縮后的圖像復原問題。
技術介紹
在成像過程中，由于各種因素，比如光學器件缺陷，人為的抖動，大氣非均勻性等會造成圖像有某些程度的失真和不同程度的降質。相機的成像過程可以描述為理想清晰圖像與其他外部影響而造成的模糊核的卷積。人們根據不同的圖像退化成因研究了相應的圖像復原方法。也相應取得了較為顯著的圖像質量提升結果。圖像復原是二維卷積運算的逆過程，是一個病態問題。從復原方法上，分為已知模糊核的非盲復原算法和未知模糊核的盲復原算法。本專利技術主要針對已知模糊核的的非盲復原問題。同時，在很多情況下，受限于存儲空間或者實時性等的要求，拍攝后的圖像在保存時會為了節省空間而采用有損壓縮技術。其中，被最為廣泛使用的是JPEG保存格式，這種壓縮格式經過低比特率塊編碼壓縮重構后的圖像8*8小塊邊界往往會出現明顯的塊狀效應。這相當于在由于運動等造成的圖像模糊退化基礎上又進行了進一步的退化，由于塊效應破壞了圖像的先驗信息，直接采用常規的圖像復原方法往往難以得到理想的復原結果。對于這一類有塊效應存在的模糊圖像，無論是在復原前或復原后使用去塊效應方法，獲得的復原圖像結果均有提升空間。針對這一問題尚未有人進行研究，本專利技術首次提出了將去塊效應算法融合在圖像復原的正則化優化框架中，得到了較為明顯的復原效果提升。
技術實現思路
本專利技術公布了一種基于塊效應抑制的壓縮降質模糊圖像非盲復原方法，其特征在于：在正則化約束的圖像復原框架基礎上，引入逐點形狀自適應的DCT(離散余弦變換)去塊效應濾波器。在復原迭代的過程中，增加新的抑制塊效應的正則化L2范數約束，保證了在復原圖像的過程中逐步抑制塊效應帶來的負面影響。具體采用以下步驟對具有壓縮塊的模糊圖像進行圖像復原：(1)輸入一幅待復原的有壓縮塊效應的模糊圖像b，并且輸入該模糊圖像對應的模糊核h。(2)獲取壓縮圖像b的量化表Q。(3)對待求解的復原圖f進行初次迭代求解。 f = argmin f μ 2 || h * f - b || 2 2 + || D x f || 1 + || D y f || 1 + ξ 2 || f - f 0 || 2 2 - - - ( 1 ) ]]>其中，Dx,Dy分別為水平方向與豎直方向的梯度算子，作用在f后求解出圖像梯度。μ,ξ為正則化系數，f0表示迭代過程中的去塊效應圖像。分別表示圖像的L1與L2范數。為了求解此問題，采用變量分離技術，將式(1)引入兩個輔助變量，轉化為可以方便求解的形式，如下式所示 argmin w 1 , w 2 , f μ 2 || h * f - b || 2 2 + Σ i = 1 2 || w i || 1 + β 2 || w 1 - D y f || 2 2 + β 2 || w 2 - D x f || 2 2 + ξ 2 || f - f 0 || 2 2 - - - ( 2 ) ]]>其中，w1,w2為引入的輔助變量。β為迭代過程中的正則化系數，根據本領域的公知常識可知，當β趨向于很大時，式(2)收斂于式(1)。因此，上述問題可以轉化為輪轉迭代求解，具體的求解過程為：(3.1)用步驟1輸入的模糊圖像b作為初始的清晰圖像f輸入。求解如下問題 argmin w 1 , w 2 Σ i = 1 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種塊效應抑制的降質模糊圖像非盲復原方法，其特征在于，具體可以采用以下步驟對存在較高壓縮比的降質模糊圖像進行復原：(1)輸入一幅待復原的有壓縮塊效應的模糊圖像b，并且輸入該模糊圖像對應的模糊核h。(2)獲取壓縮圖像b的量化表Q。(3)對待求解的復原圖f進行初次迭代求解。f=argfminμ2||h*f-b||22+||Dxf||1+||Dyf||1+ξ2||f-f0||22---(1)]]>其中，Dx,Dy分別為水平方向與豎直方向的梯度算子，作用在復原圖f后表示圖像兩個方向的梯度。μ,ξ為正則化系數，f0表示迭代過程中的去塊效應圖像。分別表示圖像的L1與L2范數。為了求解此問題，采用變量分離技術，將式(1)引入兩個輔助變量，轉化為可以方便求解的形式，如下式所示argminw1,w2,fμ2||h*f-b||22+Σi=12||wi||1+β2||w1-Dyf||22+β2||w2-Dxf||22+ξ2||f-f0||22---(2)]]>其中，w1,w2為引入的兩個輔助變量。β為迭代過程中的正則化系數，求解過程如下：(3.1)用步驟1輸入的模糊圖像b作為初始的清晰圖像f輸入。求解如下問題argminw1,w2Σi=12||wi||1+β2||w1-Dyf||22+β2||w2-Dxf||22---(3)]]>該問題的解為w1=max(||Dxf||-1β)Dxf||Dxf||,w2=max(||Dyf||-1β)Dyf||Dyf||---(4)]]>(3.2)用步驟1輸入的模糊圖像b作為初始的去塊效應圖像f0輸入，并用式(4)得到的wi(i＝1,2)，求解如下問題argminw1,w2,fμ2||h*f-b||22+β2||w1-Dyf||22+β2||w2-Dxf||22+ξ2||f-f0||22---(5)]]>該問題的解為其中，分別表示圖像的傅里葉變換和傅里葉逆變換，“*”表示共軛運算，算符“ο”表示兩個矩陣的點乘積。得到的f為下次迭代時(3.1)的輸入。(3.3)利用(3.2)計算得到的f，結合步驟2得到的量化表Q，采用逐點形狀自適應DCT濾波器，對其進行塊效應消除，得到的圖像為下次迭代時式(6)的f0。(4)利用得到的f,f0,w1,w2，并更新β值為其原值的2倍，重復步驟(3.1)～(3.3)，不斷得到優化的清晰圖像f，經過6～10次的輪轉迭代后，得到最終的復原結果。...

【技術特征摘要】
1.一種塊效應抑制的降質模糊圖像非盲復原方法，其特征在于，具體可以采用以下步驟對存在較高壓縮比的降質模糊圖像進行復原：(1)輸入一幅待復原的有壓縮塊效應的模糊圖像b，并且輸入該模糊圖像對應的模糊核h。(2)獲取壓縮圖像b的量化表Q。(3)對待求解的復原圖f進行初次迭代求解。 f = arg f m i n μ 2 | | h * f - b | | 2 2 + | | D x f | | 1 + | | D y f | | 1 + ξ 2 | | f - f 0 | | 2 2 - - - ( 1 ) ]]>其中，Dx,Dy分別為水平方向與豎直方向的梯度算子，作用在復原圖f后表示圖像兩個方向的梯度。μ,ξ為正則化系數，f0表示迭代過程中的去塊效應圖像。分別表示圖像的L1與L2范數。為了求解此問題，采用變量分離技術，將式(1)引入兩個輔助變量，轉化為可以方便求解的形式，如下式所示 argmin w 1 , w 2 , f μ 2 | | h * f - b | | 2 2 + Σ i = 1 2 | | w i | | 1 + β 2 | | w 1 - D y f | | 2 2 + β 2 | | w 2 - D x f | | 2 2 + ξ 2 | | f - f 0 | | 2 2 - - - ( 2 ) ]]>其中，w1,w2為引入的兩個輔助變量。β為迭代過程中的正則化系數，求解過程如下：(3.1)用步驟1輸入的模糊圖像b作為初始的清晰圖像f輸入。求解如下問題 argmin w 1 , w 2 Σ i = 1 2 | | w i | | 1 + β 2 | | w 1 - D y f | | 2 2 + β 2 | | w 2 - D x f | | 2 2 - - - ( 3 ) ]]>該問題的解為 w 1 = m a x ( | | D ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮華君，葉鵬釗，徐之海，李奇，陳躍庭，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33