發(fā)布時間：2016-12-10 20:25

  本文關鍵詞：基于低秩稀疏的圖像序列增強技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學技術大學》 2015年

基于低秩稀疏的圖像序列增強技術研究

李謙  

【摘要】：數(shù)字圖像序列(包括圖像、圖像序列等)作為記錄、傳輸和存儲信息的一種實體,在人類感知中扮演了十分重要的角色,被廣泛應用于國防安全、地質(zhì)勘探、農(nóng)林漁業(yè)、科學研究,以及人們的日常生活等各個領域。然而,數(shù)字圖像序列在獲取、傳輸和存儲的過程中,經(jīng)常受到一些降質(zhì)因素的影響,導致質(zhì)量退化。因此圖像序列增強技術一直是信號處理領域的研究熱點之一,旨在恢復或增強圖像序列的質(zhì)量,幫助人們從圖像序列中更準確有效地獲取信息。 隨著對圖像序列增強技術的不斷深入研究,人們意識到充分挖掘圖像序列的特性對于增強技術的性能提升起到至關重要的作用。圖像序列的一些重要特性,例如低秩性和稀疏性,可以以凸約束描述的形式被應用于圖像序列增強的問題建模中。同時,近些年蓬勃發(fā)展的凸優(yōu)化理論和算法,也為該問題的研究提供了強有力的支持。本論文基于對圖像序列的低秩特性和稀疏特性的挖掘,選取了去噪和超分辨率重建這兩個典型的圖像序列增強問題展開研究。論文的主要工作及創(chuàng)新點如下： (1)提出了一種具有一定通用性的基于低秩稀疏的圖像序列兩步去噪方法。首先,本文通過分析圖像序列的特性,發(fā)現(xiàn)信號分量有非常強的幀間相關性,而噪聲分量具有稀疏特性。將三維圖像序列重新組織成二維矩陣的形式,則相應的信號分量矩陣具有低秩性,噪聲分量矩陣具有稀疏性。因此在去噪方法的第一步中,分別以低秩和稀疏作為信號分量與噪聲分量的合理約束描述,將兩個分量進行初步分離。然后,考慮到圖像序列中存在局部的瞬變的信號分量,因為違反了矩陣的低秩性但卻具有稀疏性,被錯誤地分解進入噪聲分量矩陣。圖像具有一定的空間相關性,因此在去噪方法的第二步中,將初步得到的噪聲分量矩陣還原成三維圖像序列的形式,分別以空間平滑和稀疏作為空間特性補償信號分量與噪聲分量的合理約束描述,對各幀圖像分別進行矩陣再分解。將第一步得到的信號分量與第二步得到的空間特性補償分量相疊加,即得到最終的圖像序列去噪結果。 (2)提出了一種基于低秩稀疏的高光譜圖像去噪方法和一種基于低秩稀疏的生命細胞鈣熒光圖像序列去噪方法。在(1)的研究基礎上,本文以高光譜圖像和生命細胞鈣熒光圖像序列為例,將提出的圖像序列兩步去噪方法分別作有針對性的細化：一方面,本文進一步分析了高光譜圖像的特性,發(fā)現(xiàn)噪聲水平在不同波段上的差異較大,即噪聲分量矩陣的稀疏性是結構性的列稀疏性,因此需要用混合范數(shù)l2.1來約束。本文提出的高光譜圖像去噪方法利用了高光譜圖像的信號低秩與噪聲稀疏的特性,實驗結果表明,該方法能達到較高的去噪性能,并且對高光譜圖像中存在的各種類型的噪聲均適用,不需要作任何理想化的假設,具有較好的通用性。另一方面,大量光子噪聲隨機地分布于鈣熒光圖像序列之中,即噪聲分量矩陣的稀疏性是全局統(tǒng)一的稀疏性,因此用l1范數(shù)來約束。本文進一步分析了鈣熒光圖像序列的特性,發(fā)現(xiàn)細胞結構的位置、形狀基本固定不變,因此在臨近點算法中引入權重矩陣W,來幫助區(qū)分光子噪聲和同樣以點狀形式閃現(xiàn)的信號。本文提出的生命細胞鈣熒光圖像序列去噪方法利用了鈣熒光圖像序列的信號低秩與噪聲稀疏的特性,實驗結果表明,該方法能有效去除光子噪聲,提升觀察鈣離子活動的準確性。 (3)提出了一種基于低秩稀疏的圖像超分辨率重建方法。首先,自然圖像中經(jīng)常包含重復的或相似的微結構,這種非局部的自相似性是很重要的先驗知識。將相似的圖像塊重新組織成矩陣形式,該矩陣具有天然的低秩性。通過將這種低秩性與圖像觀察模型相結合,可以得到初步的超分辨率重建圖像。然后,一個向量形式的圖像塊可以被過完備字典的原子稀疏地線性表示。通過強制高分辨率圖像塊與低分辨率圖像塊享有相同的稀疏表示系數(shù),可以聯(lián)合學習出一對過完備字典。利用這對字典,可以為第一步重建圖像的每個圖像塊恢復出與其對應的高分辨率圖像塊,得到第二步的超分辨率重建圖像。最后,為了防止重建結果偏離圖像觀察模型的約束,需要一個后處理步驟,就得到了最終的超分辨率重建圖像。實驗結果表明,本文提出的這種基于低秩稀疏的圖像超分辨率重建方法,能有效保持重建的高分辨率圖像與觀察到的低分辨率圖像的相似性,抑制重建圖像中的各種視覺缺陷(如振鈴、鋸齒等),同時盡可能恢復或保持圖像中的銳利邊緣和細微結構。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

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【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 趙富強;曾玲;王晨;;基于增廣Lagrange函數(shù)的等式約束優(yōu)化算法[J];桂林電子科技大學學報;2007年03期

2 郭祎,任兆玉,侯洵;細胞內(nèi)第二信使-鈣離子熒光測定方法的研究進展[J];激光雜志;2003年01期

3 戴瓊海;付長軍;季向陽;;壓縮感知研究[J];計算機學報;2011年03期

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王亞妮;韓榕;;增強UV-B輻射對小麥根尖細胞游離鈣離子分布的影響[J];西北植物學報;2010年08期

2 寧寰宇;文亞洲;;壓縮感知理論簡介[J];電子技術;2012年06期

3 汪琥庭;;線性代數(shù)與解析幾何教學指導縱橫談[J];高等理科教育;2010年04期

4 郝小花;張國增;;重組水母發(fā)光蛋白及其在植物鈣離子信號檢測中的應用[J];廣西植物;2009年04期

5 林杰;石光明;董偉生;;基于信息自由度采樣的信號重構方法研究進展[J];電子學報;2012年08期

6 王雷;金煒;劉箴;何艷;李綱;;融合2D-PCA及稀疏表示的掌紋識別方法[J];光電工程;2012年10期

7 葉志申;張紹鈞;李金徽;黃仁泰;;一種差分分布式壓縮感知視頻編解碼器[J];東莞理工學院學報;2012年05期

8 胡磊;周劍雄;石志廣;付強;;利用期望-最大化算法實現(xiàn)基于動態(tài)詞典的壓縮感知[J];電子與信息學報;2012年11期

9 王紅梅;嚴軍;牛濤;張之江;;一種利用相關性優(yōu)化壓縮感知測量矩陣的方法[J];電子測量技術;2012年11期

10 占榮輝;胡杰民;張軍;;基于壓縮感知的二維GTD模型參數(shù)估計方法[J];電子與信息學報;2013年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周圍;基于微流控芯片的細胞內(nèi)鈣離子檢測及細胞驅(qū)動技術的研究[D];河北工業(yè)大學;2010年

2 程晶晶;多頻NMR測井系統(tǒng)中微弱信號檢測問題研究[D];華中科技大學;2011年

3 盧新政;骨髓基質(zhì)細胞定向心肌細胞分化用于心肌重建的實驗研究[D];南京醫(yī)科大學;2003年

4 張曉文;參三七皂甙Rb_1、Rg_1預適應對AngⅡ致肥厚心肌細胞H/R損傷的保護作用及Rg_1對5-AZ誘導大鼠骨髓基質(zhì)細胞向心肌細胞轉(zhuǎn)化的影響[D];南京醫(yī)科大學;2003年

5 歐德淵;肥大細胞及其主要介質(zhì)在肉雞肺動脈高壓綜合征中的作用研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2004年

6 王韻;輕度修飾低密度脂蛋白誘導血管內(nèi)皮細胞凋亡機制的研究[D];武漢大學;2004年

7 姚亦飛;保護私有信息的統(tǒng)計計算問題研究[D];中國科學技術大學;2008年

8 査文舒;基于PEBI網(wǎng)格的油藏數(shù)值計算及其實現(xiàn)[D];中國科學技術大學;2009年

9 廉喜紅;苦皮藤殺蟲活性成分對粘蟲肌細胞鈣通道的作用機理研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2009年

10 查文舒;基于PEBI網(wǎng)格的油藏數(shù)值計算及其實現(xiàn)[D];中國科學技術大學;2010年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 簡金寶,朱志斌;一般約束最優(yōu)化超線性與二次收斂的序列線性方程組算法[J];工程數(shù)學學報;2003年03期

2 高自友,賀國平,吳方;任意初始點下的序列線性方程組方法[J];中國科學(A輯 數(shù)學 物理學 天文學 技術科學);1997年01期

3 王秀國,薛毅;基于增廣Lagrange函數(shù)的RQP方法[J];計算數(shù)學;2003年04期

4 杜學武;張連生;尚有林;李銘明;;帶有不等式約束的非線性規(guī)劃問題的一個精確增廣Lagrange函數(shù)[J];應用數(shù)學和力學;2005年12期

5 尚忠林,王永飛,錢洪,馬力耕,孫大業(yè);百合花粉細胞中鈣離子的熒光測定法[J];植物生理學通訊;2001年04期

6 孟繁霞,苗龍,冷強,張蜀秋;測定蠶豆保衛(wèi)細胞胞質(zhì)中游離Ca~(2+)的熒光染料孵育法[J];植物生理學通訊;2001年05期

7 楊弘遠;鈣在有花植物受精過程中的作用[J];植物學報;1999年10期

8 尚忠林,馬力耕,王學臣,孫大業(yè);細胞外鈣調(diào)素對百合花粉細胞內(nèi)鈣離子濃度的影響[J];植物學報;2001年01期

9 宋秀芬,洪劍明;植物細胞中鈣信號的時空多樣性與信號轉(zhuǎn)導[J];植物學通報;2001年04期

10 劉宏濤,李冰,周人綱;鈣-鈣調(diào)素信號系統(tǒng)與環(huán)境刺激[J];植物學通報;2001年05期

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 嚴洪范,黃曉明,李林松,唐立吾;精子活動圖像序列的計算機分析[J];計算機應用與軟件;1994年06期

2 張旭峰;黎湘;賀治華;姜斌;;運動圖像序列中遮擋現(xiàn)象的頻譜分析[J];計算機工程與科學;2006年03期

3 吳瓊玉;周東翔;蔡宣平;;基于圖像序列的虛擬場景重建和漫游[J];中國圖象圖形學報;2006年01期

4 王磊;章權兵;;單軸運動下未標定圖像序列的度量重構[J];計算機工程與應用;2011年16期

5 張佳;;關于動態(tài)圖像序列的運動目標檢測方法的探析[J];無線互聯(lián)科技;2012年04期

6 顧樑,徐大為,趙建偉,劉重慶;航拍圖像序列的多運動目標定位[J];上海交通大學學報;2002年12期

7 胡文舉,傅軍,高啟孝;運動載體上觀測圖像序列虛擬穩(wěn)定平臺的研究[J];聲學與電子工程;2003年03期

8 姜翰青;章國鋒;董子龍;華煒;劉新國;鮑虎軍;;基于圖像序列的交互式快速建模系統(tǒng)[J];計算機輔助設計與圖形學學報;2008年09期

9 李晶;程偉;;擾動測量環(huán)境中基于圖像序列的模態(tài)參數(shù)識別[J];北京航空航天大學學報;2009年09期

10 賀禮;周康源;馮煥清;李傳富;楊振森;;乳腺超聲圖像序列的彈性特征病變分析[J];中國科學技術大學學報;2010年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐晗路;李曉峰;;基于圖像序列中微弱運動目標的檢測[A];2008年中國西部青年通信學術會議論文集[C];2008年

2 李林;紀仲秋;;如何消除運動圖像序列的上下抖動[A];第十六屆全國運動生物力學學術交流大會（CABS 2013）論文集[C];2013年

3 姜翰青;章國鋒;董子龍;華煒;劉新國;鮑虎軍;;基于圖像序列的交互式快速建模系統(tǒng)[A];中國計算機圖形學進展2008--第七屆中國計算機圖形學大會論文集[C];2008年

4 魏交統(tǒng);陳平;潘晉孝;;一種變能量DR圖像序列融合的圖像選擇方法[A];第十三屆中國體視學與圖像分析學術會議論文集[C];2013年

5 潘永泉;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像序列參數(shù)估計方法[A];1994中國控制與決策學術年會論文集[C];1994年

6 謝志宏;魏磊;孟祥偉;汪熙;;一種基于圖像序列的結構化道路識別算法[A];第六屆全國信號和智能信息處理與應用學術會議論文集[C];2012年

7 于俊偉;薛文芳;常紅星;;基于計算機視覺的航天器圖像序列仿真[A];'2006系統(tǒng)仿真技術及其應用學術交流會論文集[C];2006年

8 侯志強;張群;;圖像序列分析中一種有效的背景重構算法[A];第六屆全國信息獲取與處理學術會議論文集（1）[C];2008年

9 陳曦;韓金芬;劉紹從;尚為;張少茹;;基于運動圖像序列的煙花爆竹炸點目標飛行的檢測[A];2006中國控制與決策學術年會論文集[C];2006年

10 趙榮椿;王兵;蔣曉悅;;基于圖像序列的運動估計[A];全國第一屆嵌入式技術聯(lián)合學術會議論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;[N];中國電腦教育報;2003年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周寧;復雜圖像序列中微弱運動目標檢測技術研究[D];電子科技大學;2009年

2 賀禮;聯(lián)合彈性特性的乳腺超聲圖像序列診斷分析[D];中國科學技術大學;2009年

3 陳昌紅;動態(tài)圖像序列建模與分類及其在人體運動分析中的應用[D];西安電子科技大學;2009年

4 孫春鳳;基于并行處理的高速圖像序列運動目標檢測技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

5 李謙;基于低秩稀疏的圖像序列增強技術研究[D];中國科學技術大學;2015年

6 吳婧;桌面圖像序列編碼方法的研究[D];浙江大學;2009年

7 李鵬;低幀頻圖像序列目標提取關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2012年

8 潘寧;膠囊內(nèi)鏡圖像序列冗余數(shù)據(jù)篩查方法研究[D];華中科技大學;2013年

9 鄭世友;動態(tài)場景圖像序列中運動目標檢測與跟蹤[D];東南大學;2006年

10 陳震;圖像序列光流場計算及三維場景恢復研究[D];西北工業(yè)大學;2003年

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1 劉兆;醫(yī)學圖像序列分割方法研究[D];國防科學技術大學;2007年

2 張昀;動態(tài)圖像序列的運動參數(shù)研究及應用[D];西北工業(yè)大學;2005年

3 胡淼淼;基于圖像序列的三維模型重建技術研究[D];江西師范大學;2012年

4 劉曉哲;云計算平臺中的圖像序列高效無損壓縮方法研究[D];浙江工業(yè)大學;2013年

5 張強;動態(tài)圖像序列中目標檢測與跟蹤技術研究[D];華北電力大學;2012年

6 汪謙;跨尺度空間運動圖像序列的插值研究[D];北京郵電大學;2014年

7 白二偉;空間運動圖像序列的插值研究[D];北京郵電大學;2015年

8 程銘;基于圖像序列的物體可視外殼算法研究[D];湖南師范大學;2010年

9 劉倍雄;圖像序列運動目標檢測與跟蹤算法研究[D];汕頭大學;2010年

10 沈媛;基于圖像序列的三維建模關鍵技術研究及應用[D];南京郵電大學;2011年

  本文關鍵詞：基于低秩稀疏的圖像序列增強技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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