一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法技术

本发明专利技术涉及一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，包括步骤如下:(1)对图像进行离散剪切波变换，得到剪切波系数；(2)采用硬阈值函数Tτ对离散剪切波变换后得到的剪切波系数进行处理；(3)对步骤(2)处理后的图像进行去伪迹处理。本发明专利技术采用离散剪切波变换，保证了算法的快速实现；利用硬阈值函数处理图像的剪切波系数，有效地去除了图像噪声,增强了图像的边缘和细节部位；将剪切波变换与非局部均值结合，优势互补，克服了非局部均值对于高噪声水平处理效果差的问题，同时又避免了剪切波变换带的图像中的伪迹，使得整体算法具有更好的去噪增强效果。

An Image Enhancement Method Based on Sparse and Similar Prior

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法
本专利技术涉及一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，属于图像处理的

技术介绍
目前，在图像的采集和传输过程中会受到多种干扰的影响，从而导致图像清晰度的下降和细节信息的丢失。在图像处理当中，图像去噪是非常重要的预处理技术，它是图像处理中其他技术的基础和前提，图像去噪的目的即是从受损图像中提取出原始图像，为图像处理的其他阶段提供清晰的、完整的、尽可能接近于原始图像的图像信息，高效、高质量的图像去噪方法在图像处理中的地位十分重要，因此，图像去噪在图像处理中一直是一个非常热门的研究课题。到目前为止有许多非常有效的去噪方法被提出来应用于图像去噪。众多的去噪方法大致可分为两大类，一类是基于空间域处理的方法，一类是基于变换域处理的方法。对于空间域处理方法，Baudes等人提出的非局部均值方法是一种能够保护细节信息的有效的去噪算法，已被广泛应用到很多数字图像处理领域中。该算法充分利用了图像中的信息冗余性，其主要思想是利用待处理点为中心的若干像素的加权平均来代替当前待处理像素的灰度值，从而得到去噪后的图像，在计算权值时，以单个像素为中心选取相同大小的图像块，并利用这些图像块之间的差别来衡量像素与像素之间的相似性，进而确定某个像素对于待处理像素的权值大小。然而非局部均值算法也有其缺陷，其去噪效果受邻域大小、图像块大小、距离度量等参数的影响较大，另外在图像噪声比较强的情况下，其权值计算的准确性会下降。虽然有很多针对其缺点进行的改进与优化算法，例如修改邻域形状、改进权值计算方式等，但这些算法无可避免的增加了算法复杂度。对于变换域处理方法，是将图像进行多尺度变换，然后使用不同的方法和模型对变换后的系数进行处理，得到去噪图像，例如其中受到广泛应用的傅里叶变换将图像变换到频率域，能够体现图像频率信息，小波变换则能够同时包含时间信息和频率信息。但是由于小波变换方向性的缺失，不能很好的逼近图像的很多细节特征，使得图像的去噪效果在视觉上往往比较模糊。为了克服小波变换方向缺失的缺点，提出了很多基于小波的多尺度变换，其中剪切波变换能够进行任意方向变换，同时每一尺度的方向数也可以不同，对于图像的边缘检测和去噪增强具有非常好的效果，但是尺度变换和方向变换时会造成最终图像的吉布斯效应，在视觉上表现为一些伪迹。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法。本专利技术提出一种无伪迹的基于稀疏和相似先验的自然图像锐化增强方法，首先,对含噪图像应用剪切波变换；其次,采用硬阈值函数对变换后的影像进行增强处理；最后,利用非局部均值方法进行去伪迹,在突出其重要细节的同时有效避免过度增强导致的人工伪影的产生。术语解释：1.离散剪切波变换:剪切波变换是将某一函数展开为某些基函数的线性组合，基函数的系数即为被展开函数与各个基函数的内积，在给定一组基函数的情形下，剪切波变换的结果即为一组与各个基函数相对应的系数；离散剪切波变换则是考虑被展开函数为离散函数的情况，其变换的结果同样是一组与各个基函数相对应的系数。2.硬阈值函数可由下式表达：3.DST-Hard:discreteshearlettransformwithhardthresholding，离散剪切波变换硬阈值处理。本专利技术的技术方案为：一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，包括步骤如下:(1)对图像进行离散剪切波变换，得到剪切波系数；剪切波系数可看作图像在各向异性的不同基函数上的投影，与基函数各向同性的小波变换相比，剪切波变换的基函数具有各向异性，图像对应于不同剪切波基函数的系数包含了图像中的纹理方向信息，因此用剪切波变换可以更好地保留图像中的有用信息。另外，剪切波基函数使用剪切处理，这使得其对连续函数和离散函数情形下的处理相一致，保证了算法的有效实现。(2)采用硬阈值函数Tτ对离散剪切波变换后得到的剪切波系数进行处理，处理过程为：若某个剪切波系数大于等于先选定的阈值τ，则将剪切波系数保留；若某个剪切波系数小于先选定的阈值τ，则将剪切波系数置为零；采用硬阈值函数Tτ对离散剪切波变换后得到的剪切波系数进行处理，可以增强细节，若奇异点方向与某个基函数方向相同，则相应的剪切波系数会较大；若奇异点方向与某个基函数方不同，则剪切波系数会较小，然而噪声在基函数方向上的投影均是一样大的，因此我们可以利用这种性质从噪声中分理出图像中的有用信息，达到图像增强细节的目的。(3)对步骤(2)处理后的图像进行去伪迹处理；由于步骤(2)中采用硬阈值函数Tτ，会将某些蕴含图像信息的小系数错误的置为零，表现在处理后的结果图像上就是一些爪状的伪迹，这种现象在平滑区域尤其明显；这些伪迹可以看作一种特殊形式的噪声，而非局部均值算法能够在保存好图像细节的前提下有效的去除噪声，因此我们利用非局部均值算法进行去伪迹。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，对图像进行离散剪切波变换，得到剪切波系数，计算方法如公式(Ⅰ)所示:公式(Ⅰ)中，g表示需要进行离散剪切波变换的函数；表示映射关系，将函数g映射为剪切波系数；ψ表示剪切波母函数；ψj,k,m表示由剪切波母函数ψ生成的基函数；j,k,m分别表示尺度、方向和平移，g(j,k,m)表示不同尺度、方向和平移的剪切波系数；ψj,k,m表示由剪切波母函数ψ生成的基函数；代表映射符号，表示将函数g映射为与ψj,k,m相对应的系数；<g,ψj,k,m>表示g与ψj,k,m做内积，即剪切波系数；SH(ψ)表示由剪切波母函数ψ生成的全部剪切波基函数ψj,k,m的集合，如公式(Ⅱ)所示：公式(Ⅱ)中，表示对剪切波母函数ψ进行尺度变换和平移变换得到的基函数；2j为尺度因子，Sk表示剪切因子，表示尺度矩阵，·表示函数自变量。根据本专利技术优选的，其特征在于，步骤(2)中，采用硬阈值函数Tτ对离散剪切波变换后得到的剪切波系数进行处理，计算方法如公式(Ⅲ)所示：公式(Ⅲ)中，DST-Hard(g)表示对g进行离散剪切波变换硬阈值处理，其处理后的结果记为表示g经离散剪切波变换硬阈值处理后得到的初步去噪图像；Tτ为阈值τ>0的硬阈值函数；Tτ(<g,ψj,k,m>)表示对剪切波系数<g,ψj,k,m>进行硬阈值运算；Sc与Sf是两个指标集，Sc表示与图像平滑区域相关的粗尺度系数，sf表示与图像边缘和细节区域相关的细尺度系数。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，利用非局部均值算法进行去伪迹处理，计算方法如公式(Ⅳ)所示：公式(Ⅳ)中，SSF(uij)表示经非局部均值算法求出的像素点(i,j)的灰度值；u表示整幅图像；umn表示像素点(m,n)处的灰度值；Ω表示计算过程中某个固定大小的搜索区域；(m,n)∈Ω表示像素点(m,n)局限在Ω中，SSF(uij)的运算在一个邻域中进行像素点(i,j)的灰度值时，并不是整幅图像的像素都参与加权平均计算，而是局限在以像素点(i,j)为中心的搜索区域Ω内进行，该区域Ω小于整幅图像，可以减少计算负担,提高自相似滤波的运算效率；SSF(uij)的计算公式中分母是一个归一化因子；ωij(m,n)表示度量两个像素点(i,j)和(m,n)相似性的加权平均函数，计算公式(Ⅴ)所示:公式(Ⅴ)中，Nij本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，其特征在于，包括步骤如下:(1)对图像进行离散剪切波变换，得到剪切波系数；(2)采用硬阈值函数Tτ对离散剪切波变换后得到的剪切波系数进行处理，处理过程为：若某个剪切波系数大于等于先选定的阈值τ，则将剪切波系数保留；若某个剪切波系数小于先选定的阈值τ，则将剪切波系数置为零；(3)对步骤(2)处理后的图像进行去伪迹处理。

【技术特征摘要】
2019.03.25 CN 20191022949241.一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，其特征在于，包括步骤如下:(1)对图像进行离散剪切波变换，得到剪切波系数；(2)采用硬阈值函数Tτ对离散剪切波变换后得到的剪切波系数进行处理，处理过程为：若某个剪切波系数大于等于先选定的阈值τ，则将剪切波系数保留；若某个剪切波系数小于先选定的阈值τ，则将剪切波系数置为零；(3)对步骤(2)处理后的图像进行去伪迹处理。2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，其特征在于，步骤(1)中，对图像进行离散剪切波变换，得到剪切波系数，计算方法如公式(Ⅰ)所示:公式(Ⅰ)中，g表示需要进行离散剪切波变换的函数；表示映射关系，将函数g映射为剪切波系数；ψ表示剪切波母函数；ψj,k,m表示由剪切波母函数ψ生成的基函数；j,k,m分别表示尺度、方向和平移，g(j,k,m)表示不同尺度、方向和平移的剪切波系数；ψj,k,m表示由剪切波母函数ψ生成的基函数；代表映射符号，表示将函数g映射为与ψj,k,m相对应的系数；<g,ψj,k,m>表示g与ψj,k,m做内积，即剪切波系数；SH(ψ)表示由剪切波母函数ψ生成的全部剪切波基函数ψj,k,m的集合，如公式(Ⅱ)所示：公式(Ⅱ)中，表示对剪切波母函数ψ进行尺度变换和平移变换得到的基函数；2j为尺度因子，Sk表示剪切因子，A2j表示尺度矩阵，·表示函数自变量。3.根据权利要求1所述的一种基于稀疏和相似先验的图像增强方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：付树军，谢时灵，赵志刚，李玉亮，郝才研，王凤苓，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37