一种基于主结构分离的稀疏表示图像超分辨率重建方法与流程

技术特征：

1.一种基于主结构分离的稀疏表示图像超分辨率重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)用rtv(relativetotalvariation)分解输入图像i，分解成主结构部分s与纹理部分t；

(2)将主结构部分重建以获取hr主结构图像sh；

(3)将纹理部分重建以获取hr纹理图像th；

(4)将hr主结构图像sh与hr纹理图像th相加得到hr图像ih0＝sh+th；

(5)对hr图像ih0进行全局优化处理，求解下式：

其中ih为要求解的hr图像，为最终满足要求的hr图像，u为图像退化矩阵，最终得到hr重建图像

2.根据权利要求1所述的基于主结构分离的稀疏表示图像超分辨率重建方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体过程为：

令输入图像为i，最终获得主结构图像为s，像素的索引为p，则rtv的目标函数可以表示为：

其中(sp-ip)²项用来保持主结构图像与原图像之间的相似性，λ为正则平衡参数，ε为极小值，用来维持稳定解，正则项包含两个不同的变分估计和φ，分别有如下的具体形式：

其中r(p)为以像素p为中心的矩形区域，q则属于r(p)，是窗口全变分，用来衡量窗口r(p)内绝对的空间差异；而φ为窗口固有变分，代表窗口内整体的差异，gp,q为权重函数，用来衡量空间内的相关性，gp,q可以表示为：

其中x和y指像素点在窗口内的坐标，σ则用来控制空间尺度，通过调整λ和σ的值，我们可以获得不同的图像分解能力，同时，通过组合和φ，构建新的正则项即rtv项，可以非常有效的突出主结构部分，最后通过求解式(2)即可获得主结构图像s，以及纹理图像t＝i-s。

3.根据权利要求1所述的基于主结构分离的稀疏表示图像超分辨率重建方法，其特征在于，所述步骤(2)中主结构部分重建以获取hr主结构图像sh的具体过程为：

(3.1)利用kvsd字典学习算法训练得到主结构高低分辨率字典对和

(3.2)将所述主结构部分s进行双三次插值放大得到sm；

(3.3)通过特征提取算子forstner提取sm的特征smf；

(3.4)对于smf中的每个小块smf，利用omp算法求解下属最优化问题：

获得高分辨率图像块smf在字典下的稀疏表示系数其中z表示稀疏表示系数，λ为正则化系数；

(3.5)根据公式得到重建的hr主结构图像块sh，将所有的hr主结构图像块sh在hr网格上进行重组，对重叠区进行评价处理，得到hr主结构图像sh。

4.根据权利要求1所述的基于主结构分离的稀疏表示图像超分辨率重建方法，其特征在于，所述步骤(3)中纹理部分重建以获取hr纹理图像th的具体过程为：

(4.1)对外部hr训练样本图像进行降采样，得到lr图像

(4.2)对进行基于相关全变分rtv分解，获得主结构图像

(4.3)利用主结构重建方法对进行重建，得到hr主结构图像

(4.4)用外部hr训练样本图像减去得到hr主结构图像以获取hr纹理图像

(4.5)对lr图像进行升采样，得到

(4.6)通过特征提取算子f提取并获得特征

(4.7)对与进行ksvd联合字典学习，得到纹理高低分辨率字典和

(4.8)将输入图像i进行双三次插值放大得到im；

(4.9))通过特征提取算子forstner提取im的特征imf；

(4.10)对imf中的每个小块imf，利用正交匹配追踪omp算法解下述最优化问题：

获得高分辨率图像块imf在字典下的稀疏表示系数其中z表示稀疏表示系数，λ为正则化系数；

(4.11)根据公式得到重建的hr纹理图像块th；

(4.12)将所有的hr纹理图像块th在hr网格上进行重组，对重叠区域进行平均处理，得到hr纹理图像th。

5.根据权利要求3或4所述的基于主结构分离的稀疏表示图像超分辨率重建方法，其特征在于，所述kvsd算法的具体过程为：

将目标函数泛化为下式：

其中p为需要训练的输入图像块集合，d为字典，稀疏系数zi为系数矩阵z中的列向量，固定字典d，令di为d中的第i列，为z中的第i行，假设要更新第k个原子dk，则目标函数可以调整为：

其中k为字典d中的原子数，为稀疏系数矩阵z中与dk相乘的第k行，矩阵ek则表示去掉原子dk的成分在所有样本中造成的误差，对ek和作变换，引入ωk来记录p中在进行稀疏表示时使用过原子dk的图像块，即：

定义一个大小为n×|ωk|的矩阵ωk，其中n为p中图像块的个数，使ωk在(ωk(i),i)处为1，其余地方为0，并且令即中只保留非零位置系数，ek只保留与中非零位置相乘后得到的项，然后将式(8)乘上ωk，可得到：

再对进行奇异值分解svd(singularvaluedecomposition)分解：然后用矩阵u的第一列来更新原子dk，字典更新后通过omp算法得到新的稀疏表示系数，然后重复迭代字典原子更新过程直到所有原子均得到更新，并获得最终的字典d。

6.一种计算机可读取介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序执行时实现如权利要求2-4任一项所述方法的步骤。