1.一种基于图像块聚类字典训练的图像去噪去模糊方法,包括以下步骤:a)图像块分割:对一幅自然图像Xorg,将其无重叠的分割成尺寸相同的m*n个正方形小图像块;每个小图像块大小为 依次取出图像块中的每一列将其排列成向量形式xi, 故可得未训练字典集矩阵X={x1,x2,…,xp},其中 p=m*n;Xorg为自然图像,m和n分别为分割后所得的正方形小图像块的行数和列数, 为正方形小图像块的边长,即每边所包含的像素点个数,SPch为正方形小图像块中的像素点总数,xi为第i个分割所得正方形图像块的向量形式,其维数为SPch*1,X为所有向量xi所组成的字典集矩阵,其维数为SPch*p;
b)相似图像块判定和聚类,具体来说步骤b)包括以下步骤:b1对步骤a所得字典集矩阵X进行训练,首先在字典集矩阵X中随机选出k个列向量xi,定义为k个聚类中心,为了区别于普通图像块,采用xki表示聚类中心向量,得聚类中心向量组Xk={xk1,xk2,…,xkk};
b2参考人体视觉系统,采用组间方差最大的相似度判定方法,计算字典集矩阵中每一个向量与第ki个聚类中心向量的相似度,可得相似度矩阵J:Jij=std(xki-xj)
其中J∈Rp*k,即1≤i≤p,1≤j≤k.Jij表示相似度矩阵J中的第i行第j列个元素,std(xki-xj)表示为第i个向量与第j个聚类中心的差值的方差;
c)过完备字典训练和更新:具体来说步骤c)包括以下步骤:c1在步骤b2中,得到相似度矩阵J之后,对矩阵J中的k列元素进行从小到大排序,数值小的相似性程度高;
c2取出每一列前q行,索引对应字典集中向量,将前q行重新进行平均值计算,得出更新后的聚类中心;
c3重复c1,c2步骤,第i次更新所得聚类中心为: 当第n次迭代与第n+1次迭代所得聚类中心的值之差小于某一实常数ε,或算法达到预设迭代次数,两者满足任一条件即可,即可跳出循环,得到更新后字典集X;
d)图像块稀疏重构,具体来说步骤d)包括以下步骤:
d1建立图像的退化过程的通用模型:
y=G·xorg+n,
其中xorg表示的是初始数字图像,y是退化后的图像,G是初始数字图像xorg的退化过程的操作算子,n是附加的噪声信号;
d2建立图像去退化的修复过程方程:
其中xest表示为处理后的图像, 表示为G的伪逆矩阵;
d3将步骤d2所述图像修复问题转化为优化问题,通过稀疏表示的方法来对退化图像进行重构;对原始图像xorg进行采样,得到过完备字典集D,可得如下方程:其中 为重建图像,θ为稀疏表示系数;
d4为了得到图像中的高频信息量,而排除低频噪声的干扰,建立优化方程:当θ达到优化值 时,限制重构图像y质量的重要因素为过完备字典D的训练过程;在计算得字典集之后,求得系数的优化值 即可得到所求结果d5根据最大后验概率定理,将优化方程改写为:
其中l0范数是用来评估系数 的真实稀疏度用以增强图像的去噪去模糊质量,为了解决l0范数优化非凸的问题,采用l1范数来代替l0范数进行求解;进一步将其转化为惩罚项多项式形式,引入惩罚项系数μ,根据步骤b2使用计算方差值代替原始计算欧式距离来评估图像块相似度;的优化方程写为:得到优化值 后,根据式 得到处理后的清晰图像。