[发明专利]基于PrimalSketch修正及矩阵填充的图像降噪方法

摘要

本发明涉及基于PrimalSketch修正及矩阵填充的图像降噪方法，至少包括步骤101采用PrimalSketch模型获取加噪图像I1的素描图P；步骤102提出两阶段素描线修正规则并修正素描图P，对修正后的素描图P2中每个素描线段上的素描点沿其所在素描线段的方向设计方向窗口，得到区域图。将图像I1按照区域图映射为结构区域E1和非结构区域E2；步骤103同时利用图像块方差统计的方法将图像I1划分为光滑区域E3与非光滑区域E4；步骤104将与非结构区域E2重叠的光滑区域和非光滑区域分别记为光滑区域E23和非光滑区域E24；步骤105对E1和E24采用基于矩阵填充的图像降噪方法进行降噪处理，而E23采用非局部均值方法降噪处理；步骤106合并E1、E23及E24的降噪结果，得到图像I1最终的降噪结果图。

主权项

基于Primal Sketch修正及矩阵填充的图像降噪方法，至少包括如下步骤：步骤101：输入一幅自然图像I，添加强度为δ的高斯白噪声N，得到加噪图像I1，当δ不大于30时，对图像I1直接施以Primal Sketch得到其初始素描图；而当δ的取值大于30时，首先采用基于小波变换的图像重构进行预降噪处理得到重构图像I2，然后对I2施以Primal Sketch得到其初始素描图，初始素描图记为P；步骤102：对初始素描图P施以两阶段素描线修正规则：阶段一、在初始素描图P中找出长度大于阈值Thr1、且包含的线段个数大于2的弯曲素描线{Ci,i＝1,2,...,n3}，其中Ci表示某一弯曲素描线，修正这些素描线中若干线段交汇处突变比较尖锐的部分，生成中间结果P1；阶段二、在中间结果P1的基础上进行进一步处理，即修正那些长度大于阈值Thr2、整体接近直线的素描线，最终生成的结果即为修正后的素描图P2；对修正后的素描图P2中每个素描线段上的素描点沿其所在素描线段的方向设计大小为7*7的方向窗口，得到图像I1的区域图R，将图像I1按照区域图R映射为结构区域E1和非结构区域E2；步骤103：将图像I1分割为若干大小为w*w的正方形窗口{Wh,h＝1,2,...,n4}，其中Wh表示某一正方形窗口，使用方差统计的方法依据下述公式判断某一窗口Wh是否为光滑区域：var(Wh)-q<θ]]>其中表示窗口Wh矩阵的标准差，参数θ取值范围为5～10，依据该公式将图像I1划分为光滑区域E3与非光滑区域E4；步骤104：将光滑区域E3、非光滑区域E4与非结构区域E2的重叠区域分别记为光滑区域E23、非光滑区域E24，并保持结构区域的初始划分结果E1，则图像I1最终被划分为结构区域E1、光滑区域E23及非光滑区域E24；步骤105：对结构区域E1及非光滑区域E24采用基于矩阵填充的图像降噪方法进行降噪处理，降噪结果分别记为D1、D2；而光滑区域E23采用非局部均值方法降噪处理，降噪结果记为D3；步骤106：合并结构区域E1、非光滑区域E24及光滑区域E23的降噪结果D1、D2、D3，从而得到图像I1最终的降噪图像D4；所述的步骤102，包括如下步骤：步骤201：素描线修正阶段一的具体过程为：首先求解阈值Thr1，统计出由Primal Sketch生成的素描图中所有素描线的长度，然后从1开始每隔5个像素作为一个分组项，统计出分组集合{Ll,l＝1,2,...,n5}，并求出该分组中素描线总个数最多的分组，记该分组的长度区间为[L,L+4]，取该区间范围的平均值作为阈值Thr1，即取值L+2，阈值Thr1的求解式如公式(1)所示：其中，max{L1,L2,...,Ln6}表示分组集合{Ll,l＝1,2,...,n5}中素描线总个数最多的分组项，表示长度区间的左边界；将素描图中弯曲的素描线划分为两类，一类呈现为多重波动的曲线，另一类则呈现为或凸或凹的简单弧线；第一类素描线中线段的方向具有多变性，若整体考虑则很难提取出用于修正的潜在规则，将此类素描线划分为若干第二类或凸或凹的简单弧线，然后按照简单弧线的修正规则进行逐一处理；对于某一素描线，统计其所有素描线段的方向{Dd,d＝1,2,...,n7}，取其中的最小值、最大值，分别记作DL、DU，如果DL与DU相差小于45度且方向值集中在区间[DL，DU]某一极小的范围时，则判定该素描线接近于直线，并将这一类素描线记录下来，留至下一步骤中使用，若DL与DU相差不小于45度且方向值大致均匀的分布在区间[DL，DU]，即当该素描线的整体方向呈现出非严格递增的趋势时，则判定其属于第二类曲线；某一素描线是否接近于直线以及是否为第二类曲线的判定条件分别如下列公式(2)、(3)所示：Dt∈[(DL+DU)/2‑π/12，(DL+DU)/2+π/12]，t＝1,2,...,n8且|DU‑DL|＜π/4  (2)且|DU‑DL|≥π/4  (3)其中DL＝min{Dd,d＝1,2,...,n7}，DU＝max{Dd,d＝1,2,...,n7}；对于被判定为弯曲且整体方向呈现出非严格递增的趋势的素描线，首先找出素描线中的线段交汇处突变比较尖锐的部分，求解过程为：计算出某一素描线中所有线段之间的夹角{Aa,a＝1,2,...,n9}，另外，弯曲且整体方向呈现出非严格递增的趋势的素描线中所有线段之间的夹角中的多数应该是大于90度的钝角，而夹角较小的线段交汇处的突变比较尖锐，夹角小于30度的线段交汇处的突变比较尖锐，并称其为尖锐夹角，统计出所有满足这一条件的尖锐夹角SA，其中SA的求解式如下：SA＝{Ab||Ab|≤π/6,b＝1,2,...,n10}  (4)对于尖锐夹角Ab逐一进行以下操作：获取构成尖锐夹角Ab的两条线段S1、S2，然后判断S1、S2是否为该素描线的首线段或尾线段：若S1、S2均非该素描线的首线段或尾线段，进一步获取分别与S1、S2相邻的线段S3、S4，线段S3、S4的方向角分别记为α、β，然后将线段S1、S2合并为线段S′1，其中以线段S4的终点作为S′1的起点ps，以方向角α、β的平均值γ作为S′1的方向角，通过线段栅格化使其不断逼近线段S3的起点，最终使得线段S3的起点作为线段S′1的终点；若S1、S2存在其一是该素描线的首线段或尾线段，则将线段S1、线段S2合并为线段S′1，其中S′1的起点为线段S1的起点ps，终点为线段S2的终点pe，并以ps与pe的连线作为方向角；至此完成第一阶段修正处理，生成Primal Sketch的中间结果P1；步骤202：素描线修正阶段二的具体过程为：首先用与步骤201求解阈值Thr1过程相似的步骤求解阈值Thr2，用接近直线的素描线，逐一进行以下修正过程：统计其所有线段的主导方向值{DDz,z＝1,2,...,n11}，根据主导方向值将接近直线的素描线划分为三类：接近水平的素描线、接近垂直的素描线、倾斜但接近直线的素描线；对接近水平的素描线，找出那些沿着非主导方向的线段，逐一进行如下操作：从该线段出发，直至遇到第一个沿着主导方向的线段停止，将这些连续的、沿着非主导方向的线段一并处理，并将其称为非主导线段组；若某一素描线包含线段{Sk,k＝1,2,...,n12},而正在处理的非主导方向的直线为Sg,遇到的第一个沿着主导方向的线段为Sj,则非主导线段组T表示为：T＝{Sg,Sg+1,...,Sj‑1}  (5)如果T中的第一条线段Sg为该素描线的第一条线段，则取下一条线段的起始端点的纵坐标作为非主导线段组的修正基准，记为Y；其他情况下取上一线段的终止节点的纵坐标作为非主导线段组的修正基准；对非主导线段组进行以下修正操作：保持这些非主导线段的横坐标不变，在保证整个素描线的形状接近直线的情况下，根据上述得到的修正基准Y，将非主导线段的纵坐标设置为Y+1或Y‑1，这样就完成了单一非主导线段组的修正；最终生成的结果即为修正后的素描图。