[发明专利]基于非凸低秩张量近似的图像超分辨率重建系统

说明书

本发明涉及基于非凸低秩张量近似的图像超分辨率重建系统。在医学领域，磁共振图像(MRI)、计算机断层扫描图像等诸多医学成像方面总受到医疗系统固有硬件、医学图像采集时间的制约而缺乏高分辨率(HR)的医学图像。针对医学图像超分(SR)问题，本发明利用耦合加权三维全变分(3DTV)的块张量非凸近似方法来提高医学图像的分辨率。首先，对输入的低分辨率图像进行块匹配操作形成4D块，然后采用非凸张量惩罚函数挖掘其中蕴含的低秩结构特性、非局部自相似性。采用加权的三维全变分正则项来挖掘医学图像数据的局部平滑特性。该方法解决了医学图像的分辨率增强、抑制噪声及图像细节恢复等问题并实验验证了在不同采样率、噪声水平下该算法的优越性和泛化性。

技术领域

本发明涉及一种医学图像超分辨率重建方法，具体说是一种基于非凸低秩张量近似的图像超分辨率重建方法。

背景技术

医学影像作为临床诊断的重要工具，近年已得到更多的发展和广泛应用。图像恢复作为医学影像领域中的基础研究工作变得越来越重要，其中图像超分辨率重建技术作为图像恢复的重要手段，可以在不提高硬件的条件下从LR图像中恢复出HR图像。现阶段，基于插值、重构和学习的图像超分问题已被提出，但医学图像超分技术还面临着许多挑战。此外，图像超分辨率重建往往伴随着低分辨率图像细节缺失，噪声影响等问题，这也给图像恢复工作带来了许多难题。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的提供一种基于非凸低秩张量近似的图像超分辨率重建方法。该发明能够根据医学数据的先验知识挖掘其中的低秩性、非局部自相似性及局部平滑性。在提高图像分辨率同时抑制噪声，在不同采样率和噪声水平条件下均具有优越性和泛化性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于非凸低秩张量近似的图像超分辨率重建系统，包括图像预处理模块、超分辨率重建图像恢复模型建立模块；

所述图像预处理模块，用于将原始低分辨率图像LR进行预处理；

所述超分辨率重建图像恢复模型建立模块，包括在三维医学图像的退化模型基础上添加非凸张量惩罚项、加权三维TV正则项，再反复迭代优化求解，生成超分辨率重建图像恢复模型，该恢复模型用于重建原始低分辨率图像LR得到清晰图像。

所述图像预处理模块包括：上采样单元、切块单元；

所述上采样单元，将原始低分辨率图像LR进行上采样，获取待恢复的高分辨率图像Ξ；

所述切块单元，对图像张量Ξ进行切块操作，并找到各个图块与周围图块的非局部自相似性，得到若干分组的4D非局部自相似块。

所述切块单元对图像张量Ξ进行切块操作，并找到各个图块与周围图块的非局部自相似性，得到若干分组的4D非局部自相似块，包括：

1).将整幅图像张量Ξ切块，所述每个图像块均与相邻图像块存在重叠边界；

2).对于每个图像块，在整幅三维医学图像张量Ξ中采用欧氏距离寻找与之最相似的K个图像块(本文设置N＝30)，构成一组；

3).将相似的3阶图像块堆叠起来构成一个4D非局部自相似块

进一步的，所述堆叠为依次排列在一起。

所述生成的超分辨率重建图像恢复模型为：

引入MCP惩罚项、3DTV正则项、辅助变量和Φ，定义ψ为提取的4D非局部自相似图像块的操作，得到如下形式：

s.t.Ξ＝Μ_i,Φ＝G_ω(Ξ),i＝1,...,4