[发明专利]一种改进初始估计的图像超分辨率重建方法

摘要

本发明一种改进初始估计的图像超分辨率重建方法属于图像处理和计算机视觉检测领域，涉及一种改进初始估计的图像超分辨率重建方法。该方法利用相机拍摄同一场景相似但不完全相同的图像序列，并以第一幅图像为基准计算其它图像相对于基准图像的变换矩阵，保留图像间的亚像素位移，对图像序列进行逆变换，将基准图像插值放大至4倍作为高分辨率图像的初始估计。利用逆变换后的图像序列对初始估计进行修正，得到修正后高分辨率图像之后再利用凸集投影算法对其每个像素点进行迭代修正，直至满足迭代条件，最终得到一幅重建的高分辨率图像。该方法对高分辨率图像像素进行投影修正前进行了适当的改进，减小重建的均方误差，具有更高的图像重建质量。

主权项

1.一种改进初始估计的图像超分辨率重建方法，其特征是，该方法首先利用相机拍摄同一场景相似但不完全相同的图像序列，并以第一幅图像为基准计算其它图像相对于基准图像的变换矩阵，保留图像间的亚像素位移，对图像序列进行逆变换，将基准图像插值放大至4倍作为高分辨率图像的初始估计，利用逆变换后的图像序列对初始估计进行修正，得到修正后高分辨率图像之后再利用凸集投影算法对其每个像素点进行迭代修正，直至满足迭代条件，最终得到一幅重建的高分辨率图像；方法的具体步骤如下：步骤1：序列图像获取与配准首先在相机视场4个边角处分别粘贴1个靶标(1)，在保证靶标(1)处于视场内的前提下边轻微移动相机边拍摄N幅图像，提取各图像中靶标特征点，以第一幅图像为基准，利用图像中特征点的坐标分别计算其它图像相对于基准图像的变换矩阵，第k幅图像的变换矩阵记作：其中，和(u_k v_k)分别表征了各图像相对于基准图像的旋转分量和平移分量；步骤2：获取修正的高分辨图像初始估计将步骤1中变换矩阵中的(u_k v_k)四舍五入后得到新的变换矩阵，并求得其逆矩阵，利用逆矩阵分别对图像进行反变换；通过该方法，可以使每幅图像在x和y方向上相对于基准图像都只存在小于半个像素的偏差；以第一幅图像作为基准，对其进行双线性插值，获得放大4倍的初始高分辨率图像，为了提高初始高分辨率图像估计的准确度，减小初始估计的误差，改善最终图像的质量，将N幅反变换后的图像中所有对应像素点求平均值，获得修正的高分辨图像初始估计；计算公式为：其中，F为初始高分辨率估计图像，G^k为第k幅低分辨率图像；步骤3：残差计算该步骤对修正后的高分辨率图像初始估计进行降质并与实际低分辨率图像序列相比较，求取残差；用G^k(i,j)表示第k幅低分辨率图像中坐标为(i,j)处的像素值，用F(x,y)表示当前高分辨率图像估计中坐标为(x,y)处的像素值，(m,n)和(a,b)是根据图像配准结果求取的当前高分辨率图像估计中对应于低分辨率图像中(i,j)的像素点，其中(a,b)由(m,n)四舍五入取整获得，(x,y)位于以(a,b)坐标为中心的高分辨率图像中的一块5×5像素区域；图像降质的点扩散函数选用高斯模型，表示为：对点扩散函数进行归一化处理，其关系如下：因此，对应于低分辨率图像G^k(i,j)的像素点的残差表示为：步骤4：像素迭代修正设置残差阈值σ，如果对应于G^k(i,j)的残差结果超出阈值，则对当前高分辨率图像估计对应区域的像素值进行修正，修正算子为：对低分辨率图像序列中每幅图像中的所有像素点依次进行以上过程来修正当前高分辨率图像估计所对应位置的像素区域，多次迭代执行，直至图像质量满足要求。