基于先验模型和l₀范数的压缩感知图像重构方法

专利名称：基于先验模型和l₀范数的压缩感知图像重构方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，涉及压缩感知图像重构方法，可用于生物传感、遥 感图像处理、无线传感网络和图像采集设备的开发等实际工程领域。
背景技术：
随着数字化和信息时代的来临，数字图像处理技术越来越受到人们的关注，特别 是在SAR图像处理、医学图像处理以及遥感图像处理等领域。近年来，Donoho等人提出了 一种新颖的理论-压缩感知理论CS。在该理论中，采样速度不再决定于信号的带宽，而决定 于信号中的结构和内容。基于压缩感知理论，信号可以进行低速采样，然后进行编码，大大 降低了计算复杂度。该理论一经提出，就受到了广泛关注，不断被应用到数字图像处理中。CS理论是一种新的在采样的同时实现压缩目的的理论框架假设信号χ e Rn在某 个正交基或紧框架Ψ上是可压缩的，首先求出变换系数Θ = Ψτχ, Θ是χ的等价或逼近 的稀疏表示；然后，设计一个平稳的、与变换基Ψ不相关的MXN维的观测矩阵Φ，对Θ进 行观测，即将 投影到M维空间，得到观测集合y= ΦΘ = Φ Ψτχ，该过程也可以表示为 信号χ通过矩阵Aes进行非自适应观测y = Acsx,其中Aes = Φ Ψτ，Acs称为CS信息算子； 最后，利用Itl范数意义下的优化问题求解χ的精确或近似逼近χ
权利要求
1. 一种基于先验模型和Itl范数的压缩感知图像重构方法，包括如下步骤(1)对发送方发送过来的一尺度小波低频子带做逆变换，高频系数全部置零，得到边缘 模糊的图像；对该模糊图像进行canny边缘检测，获取含有边缘信息的图像；对含有边缘信 息的图像做小波变换得到三个含有边缘信息的高频子带，按照系数模值的统计分布确定出 每个高频子带中系数的模值为大、小和近似为零的位置，分别标记为1、0. 5和0 ；对于三个 含有边缘信息的高频子带，当边缘检测的阈值参数分别取η个不同的值时，就会产生三个 包含η个位置矩阵的位置种群A (k)、B (k)和C (k)
2.根据权利要求1所述的基于先验模型和Itl范数的压缩感知图像重构方法，其中步骤(4)所述的对位置种群A(k)中的每个个体执行提取疫苗操作和注射疫苗操作，按照 如下步骤进行Ga)用3X3的窗口在位置种群A(k)中的每个个体 (k)中滑动，根据3X3窗口中中 心位置的上、下、左、右四个相邻的值提取疫苗，如果四个值为0. 5的个数大于3，则将0. 5作 为该中心位置的疫苗；如果四个值为1的个数大于3，则将1作为该中心位的疫苗；如果四 个值为0的个数为4，则将0作为该中心位置的疫苗；Gb)若3X3窗口中心位置上的值和步骤Ga)提取出来的疫苗不相同，则用疫苗的值 来替换中心位置上的值；反之，不进行注射操作；得到提取疫苗和注射疫苗后的位置种群 A' (k)。
3.根据权利要求1所述的基于先验模型和Itl范数的压缩感知图像重构方法，其中步骤(5)所述的运行克隆选择，按照如下步骤进行(5a)把位置种群A' (k)和系数种群D (k)中的所有个体分成m个16X 16大小的图像 块，用a' u(k)表示位置种群A' (k)中第i个个体的第j个块，用du(k)表示系数种群 D(k)中第i个个体的第j个块，其中，i = 1，2，A，n，j = 1，2，A，m;n是种群中个体数目， m是每个个体分成的块的个数；(5b)对系数种群D (k)中第i个个体的第j个块du(k)进行克隆，克隆次数为2，得到 克隆块 幻和《(幻；(5c)对位置种群A' (k)中的块a' dk)逐列进行扫描，若有连续两个以上的位置同 时出现1，则把克隆块幻和^(幻对应位置上的系数交换位置；若有连续两个以上的位置 同时出现0. 5，则只把克隆块幻中对应位置上的系数交换位置；(5d)分别计算克隆前的块du(k)以及克隆后的块<⑷和《⑷的适应度值
4.根据权利要求1所述的基于先验模型和Itl范数的压缩感知图像重构方法，其中步骤 (7)所述的执行交叉操作，按照如下步骤进行(7a)将系数种群D' (k)中的两个个体d' g(k)和d' e(k)分成16X16大小的块，块 的数目为m;(7b)从两个个体的所有16X 16的块中分别随机选择两个块，以概率0. 2交换这两个 块，生成新的个体d〃 E(k)和d〃 e(k)。
全文摘要
本发明公开了一种基于先验模型和l0范数的压缩感知图像重构方法，主要解决现有技术在重构图像时的视觉效果差、运行时间长的缺点。其技术方案是利用先验模型优化l0范数的压缩感知图像重构框架，并通过两个有效的步骤实现稀疏系数的定位和对该稀疏系数值的求解，第一步，建立先验模型-低频系数小波逆变换得到边缘模糊的图像，用边缘检测确定边缘位置，再利用小波系数具有尺度内的聚集性这种先验模型，通过免疫遗传算法去搜索小波高频子带稀疏系数所在的位置；第二步，通过使用改进的克隆选择算法求解相应的高频子带，再做小波逆变换得到重构后的图像。本发明与现有技术相比，视觉效果好，计算复杂度低，可用于图像处理和计算机视觉领域。
文档编号H04N7/26GK102148987SQ201110088400
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者侯彪, 刘芳, 孙菊珍, 尚荣华, 戚玉涛, 杨淑媛, 焦李成, 王爽, 郜国栋, 郝红侠, 马文萍 申请人:西安电子科技大学