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专利号: 2025110650748
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,该方法包括:获取退化图像;

对退化图像进行灰度处理,得到灰度退化图像;

对灰度退化图像进行引导滤波处理,得到滤波后的热辐射效应估计图像;

根据热辐射效应估计图像以及RBF核函数构造RBF核矩阵,并结合热辐射效应估计图像的像素灰度向量求解权重系数;

将求解得到的权重系数与RBF核矩阵相乘,生成RBF热辐射效应曲面;

基于退化图像以及RBF热辐射效应曲面,通过条带算子估计出条带噪声;

根据RBF热辐射效应曲面以及条带噪声,通过同步渐进校正优化算法还原出潜在清晰图像。

2.根据权利要求1所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,对灰度退化图像进行引导滤波处理,得到滤波后的热辐射效应估计图像,包括:对于灰度退化图像中的每个像素 ,定义一个以其为中心且大小为 的窗口 ,并计算局部均值:式中, 为第 个像素的局部均值; 为窗口内的像素总数,等于 ;表示以像素i为中心的窗口内第j个像素的灰度值;

根据局部均值计算局部方差:

式中, 为第 个像素的局部方差;

根据局部均值和局部方差计算局部线性系数:式中,和 为两个局部线性系数,为平滑参数;

将 和 平滑:

式中,和 为平滑后的两个局部线性系数;

输出滤波后的热辐射效应估计图像s:

式中,为热辐射效应估计图像中第 个像素的像素值,为灰度退化图像中第 个像素的像素值。

3.根据权利要求1所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,根据热辐射效应估计图像以及RBF核函数构造RBF核矩阵,并结合热辐射效应估计图像的像素灰度向量求解权重系数,包括:定义热辐射效应估计图像的像素位置坐标矩阵 :式中, 为热辐射效应估计图像中第 个像素的位置坐标,和 为热辐射效应估计图像的高和宽,为热辐射效应估计图像的像素总数;

基于RBF核函数构造RBF核矩阵 ,矩阵中的元素 定义如下:式中, 为指数函数, ;为形状参数;

为欧式距离的平方,表示第 个像素 和第 个像素之间的距离;

根据热辐射效应估计图像,确定其像素灰度向量 ;其中, 表示向量化, 为热辐射效应估计图像的像素灰度值矩阵;

通过最小化以下正则化目标函数求解权重系数 :权重系数 的解析解 为:

式中, 为拟合误差,表示通过基函数组合 去逼近观测数据G的误差;

表示正则项,防止过拟合,为正则化系数;I为单位矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,将求解得到的权重系数与RBF核矩阵相乘,生成RBF热辐射效应曲面,包括:将求解得到的权重系数 与RBF核矩阵 相乘,生成热辐射一维估计值向量 :将热辐射一维估计值向量 恢复为图像矩阵 ,即:式中, 为矩阵第 行第 列位置处的元素值, 为热辐射一维估计值向量中第 个元素;

以此生成RBF热辐射效应曲面,得到曲面拟合后的热辐射效应层。

5.根据权利要求1所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,基于退化图像以及RBF热辐射效应曲面,通过条带算子估计出条带噪声,包括:基于灰度退化图像 以及RBF热辐射效应曲面 ,计算残差图像 ;该残差图像中包含条带噪声S和图像本身的高频细节;

为了提取条带噪声S,使用核范数加二次项作为正则项的优化问题形式,如下:式中, 为核范数,表示矩阵的奇异值之和; 表示矩阵元素的平方和再开平方,即为欧几里得范数在矩阵空间的拓展,目的是衡量当前估计与观测拟合误差; 为核范数的正则化系数,为惩罚参数; 为对偶变量,是初值为全0矩阵,将在迭代更新中逐步更新;

将上式转换为标准格式,即通过引入矩阵 和 将上式转换为下列标准优化问题:最优解由如下式子给出:

式中, 为奇异值软阈值算子,代表对矩阵R做SVD分解;

然后对奇异值做软阈值处理,其步骤为:对矩阵R做奇异值分解: ;其中,A表示矩阵R的左奇异向量,V表示矩阵R的右奇异向量, 为奇异值对角矩阵;

由此得到所有的奇异值 ,再将其做软阈值化:式中,为软阈值化后的奇异值,为核范数正则化权重,即控制条带的压缩程度;

得到新的奇异值对角矩阵 :

重建矩阵S:

由此得到条带噪声S。

6.根据权利要求5所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,根据RBF热辐射效应曲面以及条带噪声,通过同步渐进校正优化算法还原出潜在清晰图像,包括:确定需要求解的原始问题为:

式中,为潜在清晰图像;

明确问题目标,即原始优化问题:

式中, 与 为约束B平滑和约束S低秩, 和 为两个正则化参数,其中 为核范数的正则化系数;

引入变量分裂,即引入对偶变量 和 ,构造拉格朗日函数,对F的子问题优化目标为:对F进行求导,并且令其梯度为0,令第一项梯度为 ,第二项梯度为,第三项梯度为 ,将三项加起来令其为0:即为:

判断是否满足收敛条件,如下:

在第k轮的迭代中,令原始残差 为:

对偶残差 为:

其中 表示将两个矩阵按行堆叠成一个长矩阵;

则收敛条件为:

和:

其中n为图像像素总数, 为矩阵范数, 和 为设定的绝对和相对容差, 表示取最大值,为惩罚参数;

若此次迭代满足以上收敛条件,则输出此次迭代得到的潜在清晰图像F;若不满足以上收敛条件,则继续迭代;

在每一轮迭代中,更新对偶变量:

在第k+1轮的迭代中,用当前的残差和对偶变量来构造B的子问题:其中, 为RBF曲面拟合; 为当前残差图像;

对于S的更新有如下子问题形式:

每轮都重新估计B和S,都通过最小化子问题进行更新;然后基于每轮的B和S,得到相应的潜在清晰图像F,并判断是否满足收敛条件,直至满足收敛条件并输出此次迭代得到的潜在清晰图像F。

7.根据权利要求6所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,根据RBF热辐射效应曲面以及条带噪声,通过同步渐进校正优化算法还原出潜在清晰图像,还包括:对每一次迭代输出的潜在清晰图像 ,计算其NIQE指标,记为 ,若满足:则将此次迭代输出的潜在清晰图像作为新的灰度退化图像,以同样的方法得到对应的潜在清晰图像,并继续判断是否满足上式;

否则输出上一次迭代输出的潜在清晰图像作为最终输出 :式中,为最小阈值, 为第n次满足收敛条件并输出的潜在清晰图像;且NIQE公式如下:式中, 为图像F的特征均值向量, 为图像F的特征协方差矩阵, 为自然图像模型的均值向量, 为自然图像模型的协方差矩阵;

最后将 进行归一化处理,得到最终的清晰图像;其中,归一化公式为:式中, 为图像 第 行第 列的像素值, 为图像 中的最大像素值,为图像 中的最小像素值, 为最终的清晰图像。

8.根据权利要求1所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法,其特征在于,该方法还包括:构造RBF核矩阵之前,将热辐射效应估计图像进行下采样;

生成RBF热辐射效应曲面之后,将RBF热辐射效应曲面进行上采样以还原为原始大小。

9.一种计算机设备,其特征在于,包括:处理器和存储器,存储器存储可在处理器上运行的程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现权利要求1至8中任意一项所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其上存储有程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现权利要求1至8中任意一项所述的基于RBF曲面的热效应和条带噪声的同步渐进校正方法的步骤。