1.一种基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、获取一张待重建的低分辨率人脸图像,将它与训练样品集里的多张高分辨率人脸图像分别进行比对,找到它与每张高分辨率人脸图像互相重叠的图像块;
S2、对低分辨率人脸图像上的每一个重叠图像块,分别计算其在局部约束和低秩约束条件下的表达权重系数,并对该表达权重系数进行求解,得到最优权重系数;
S3、对低分辨率人脸图像上的每一个重叠图像块,用它对应的高分辨率人脸图像上的重叠图像块,结合最优权重系数以及重叠次数进行合成,得到高分辨率的人脸图像块;
S4、对合成得到的多个高分辨率的人脸图像块进行位置拼合,得到一张完整的高分辨率人脸图像;
步骤S1中,先将待重建的低分辨率人脸图像划分为图像块,划分方法具体为:按照从左到右、从上到下的顺序重叠的划分图像块,当划分到边缘时,不够划分为一整个块时,就采用回退法,即当划分到图像的右边缘时,以右边缘为基准,向左取块;当划分到图像的底边边缘时,以底边边缘为基准,向上取块;
步骤S2中的表达权重系数的计算公式为:
其中,α是低秩约束系数,λ和β是控制低秩约束和局部约束的平衡因子, 表示点积,表示测量输入图像块和每个字典原子之间的距离的局部参数,d1的值在0和1之间,Ldiag(α)表示输入图像的重建向量,矩阵的最小化表示选择的重建图像y。
2.根据权利要求1所述的基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建方法,其特征在于,步骤S2中求解最优权重系数的方法具体为:将表达权重系数的公式表示为:
s.t.Λ=Ldiag(α)
将表达权重系数的公式结合拉格朗日函数表示为:
其中,tr(·)表示轨迹,||·||F是指Frobenius范数,Δ是拉格朗日乘子,μ是惩罚参数,λ和β是控制低秩约束和局部约束的平衡因子;
将表达权重系数的公式进一步表示为:
并对其进行求解,得到最优权重系数α。
3.根据权利要求1所述的基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建方法,其特征在于,步骤S3中合成高分辨率图像块的公式为:x(i,j)=Hn(i,j)α(i,j)
其中,α(i,j)为第i行第j列图像块的最优权重系数,Hn(i,j)为高分辨率人脸图像中的第i行第j列的高分辨率图像块,x(i,j)为合成后的图像中的第i行第j列的高分辨率图像块。
4.根据权利要求1所述的基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建方法,其特征在于,步骤S4中拼合高分辨率的人脸图像的公式为:X=y_sum/overlap_flag
其中,X表示重建后的高分辨率人脸图像,y_sum表示拼合后的图像,overlap_flag表示图像拼合时重叠次数。
5.一种基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建系统,其特征在于,包括:图像块划分单元,用于获取一张待重建的低分辨率人脸图像,将它与训练样品集里的多张高分辨率人脸图像分别进行比对,找到它与每张高分辨率人脸图像互相重叠的图像块;
系数计算单元,用于对低分辨率人脸图像上的每一个重叠图像块,分别计算其在局部约束和低秩约束条件下的表达权重系数,并对该表达权重系数进行求解,得到最优权重系数;
图像块替换单元,用于对低分辨率人脸图像上的每一个重叠图像块,用它对应的高分辨率人脸图像上的重叠图像块,结合最优权重系数以及重叠次数进行合成,得到高分辨率的人脸图像块;
图像拼合单元,用于对合成得到的多个高分辨率的人脸图像块进行位置拼合,得到一张完整的高分辨率人脸图像;
所述系数计算单元中的表达权重系数的计算公式为:
其中,α是低秩约束系数,λ和β是控制低秩约束和局部约束的平衡因子, 表示点积,表示测量输入图像块和每个字典原子之间的距离的局部参数,d1的值在0和1之间,Ldiag(α)表示输入图像的重建向量,矩阵的最小化表示选择的重建图像y。
6.根据权利要求5所述的基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建系统,其特征在于,所述图像块替换单元合成高分辨率图像块的公式为:x(i,j)=Hn(i,j)α(i,j)
n
其中,α(i,j)为第i行第j列图像块的最优权重系数,H(i,j)为高分辨率人脸图像中的第i行第j列的高分辨率图像块,x(i,j)为合成后的图像中的第i行第j列的高分辨率图像块。
7.根据权利要求5所述的基于局部约束低秩表示的人脸超分辨率重建系统,其特征在于,所述图像拼合单元中拼合高分辨率的人脸图像的公式为:X=y_sum/overlap_flag
其中,X表示重建后的高分辨率人脸图像,y_sum表示拼合后的图像,overlap_flag表示图像拼合时重叠次数。