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分数阶M带小波及剪切波域的图像融合算法研究

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分数阶M带小波及剪切波域的图像融合算法研究

作者：柴昱洲西安建筑科技大学

学位级别：硕士

小波变换以其在时域和频域的优良特性而在工程技术以及图像处理等领域中发挥着重要作用。然而,随着研究对象不断扩展,也暴露了其在某些问题上的局限性。小波变换不能最优地表示普遍存在的频域能量非最佳聚集信号,而且小波变换缺乏方向... 详细信息

小波变换以其在时域和频域的优良特性而在工程技术以及图像处理等领域中发挥着重要作用。然而,随着研究对象不断扩展,也暴露了其在某些问题上的局限性。小波变换不能最优地表示普遍存在的频域能量非最佳聚集信号,而且小波变换缺乏方向性和平移不变性,不利于对二维图像信号施行最优的稀疏表示。本文运用时频分析方法与分数阶傅立叶变换,研究了分数阶多带多分辨分析与M带正交小波的构造方法与特征。使用多尺度几何分析方法与剪切波理论进行图像处理,给出了剪切波域的图像融合算法。结合一种新型分数域小波的构造方法,引入了新型分数阶多分辨分析以及分数阶M带小波的概念。给出分数阶M带尺度函数与小波函数的构造方法,研究了分数阶M带正交小波的相关性质,刻画了多进制分数阶多分辨分析的特征,给出构造分数阶M带正交小波基的一个充要条件。提供了分数阶M带小波的分解与重构算法。为了提升红外图像和多聚焦图像的融合精度,提出了基于一种非下采样剪切波变换和加权区域特性的图像融合方法。利用非下采样剪切波变换对源图像进行多尺度、多方向分解,得到低频子带和高频子带,低频子带系数采用改进梯度投影的非负矩阵分解,高频子带系数采用加权区域能量和区域方差相结合的融合策略,然后应用非下采样剪切波的逆变换得到融合的图像。结果表明:该方法从主观视觉方面很好地保留了多幅图像的有用信息,给出该方法与其他融合算法在客观评价指标应用信息熵EN、互信息MI和加权边缘信息量QABF。根据有限离散剪切波变换的良好局部化特点与移不变性,提出了一种基于有限离散剪切波变换(FDST)与改进对比度相结合的图像融合新算法。先对经过严格配准后的多聚焦图像进行FDST分解,得到低频子带系数和不同尺度不同方向的高频子带系数;然后对低频子带系数采用区域平均能量匹配度自适应融合算法,高频子带系数的选取则根据低频系数与高频系数之间的关联得到的对比度进行融合;最后运用有限离散剪切波逆变换重构得到融合图像,并对融合结果进行主观视觉评价和客观指标评价。实验结果表明,该算法在主观视觉效果和客观评价指标上优于其它融合算法。

关键词：分数阶M带小波变换多分辨分析非抽样剪切波有限离散剪切波图像融合

北京三号A/B卫星高精度影像优化压缩编码技术

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航天器工程 2023年第3期32卷 123-130页

作者：韩宇刘聪聪柴昱洲孙钰林袁素春肖化超朱红袁玉王元乐西安空间无线电技术研究所西安710071

针对北京三号A/B卫星载荷特点、工作模式、功能要求,文章设计了一种采用无损或近无损图像压缩标准(JPEG-LS)的图像压缩算法,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路并行联合工作图像压缩系统,使得对超高分辨率、高输入数据率的光学遥感影像... 详细信息

针对北京三号A/B卫星载荷特点、工作模式、功能要求,文章设计了一种采用无损或近无损图像压缩标准(JPEG-LS)的图像压缩算法,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路并行联合工作图像压缩系统,使得对超高分辨率、高输入数据率的光学遥感影像可以进行实时无损或近无损压缩。该系统采用一种灵活的图像缓存机制,不需要片外存储器来缓存图像,节约了硬件成本,单片FPGA处理能力高达8 Gbit/s;采用一种先进的码率控制算法,优化失真量化参数调整策略,多路并行压缩核参数统一更新,使得快速逼近目标码率,恢复影像的整体质量更加均匀平滑,峰值信噪比(PSNR)值相比传统算法提升了0.2 dB以上。

关键词：北京三号A/B卫星图像压缩多路并行码率控制现场可编程门阵列

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基于卷积神经网络的红外图像融合算法

激光与红外 2019年第1期49卷 123-128页

作者：陈清江李毅柴昱洲西安建筑科技大学理学院陕西西安710055 空间电子信息技术研究院陕西西安710000

红外图像与可见光图像融合的目的是为人类观察或其他计算机视觉任务生成信息更加丰富的图像。本文针对深度学习近年来在计算机视觉领域取得的巨大成功,提出一种基于卷积神经网络的红外与可见光图像融合算法。首先,使用引导滤波和高斯滤... 详细信息

红外图像与可见光图像融合的目的是为人类观察或其他计算机视觉任务生成信息更加丰富的图像。本文针对深度学习近年来在计算机视觉领域取得的巨大成功,提出一种基于卷积神经网络的红外与可见光图像融合算法。首先,使用引导滤波和高斯滤波器组成的尺度感知边缘保护滤波器对输入的源图像进行多尺度分解,基础层利用像素强度分布的加权平均融合规则进行融合,细节层借助卷积神经网络对空间细节进行提取融合。实验结果表明,本文算法可以较好的将特定尺度信息进行保存,并减小滤波对边缘细节带来的光晕影响,融合后图像噪声较少,细节呈现的更加自然,并且适合人类视觉感知。

关键词：图像融合红外与可见光图像卷积神经网络多尺度分解

基于FFST和方向特性对比度的图像融合算法

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激光与红外 2016年第7期46卷 890-895页

作者：陈清江魏冰蔗柴昱洲张彦博西安建筑科技大学理学院陕西西安710055

为了克服红外可见光图像融合方法存在的不足,结合快速有限剪切波变换(Fast Finite Shearlet Transform,FFST)的平移不变性以及较高的方向敏感性,提出了一种基于快速有限剪切波变换域的自适应多方向图像融合新方法。首先,对严格配准后的... 详细信息

为了克服红外可见光图像融合方法存在的不足,结合快速有限剪切波变换(Fast Finite Shearlet Transform,FFST)的平移不变性以及较高的方向敏感性,提出了一种基于快速有限剪切波变换域的自适应多方向图像融合新方法。首先,对严格配准后的图像进行快速有限剪切波变换分解,得到低频子带和高频子带系数;然后,对低频子带系数采用非负矩阵分解的一个约束稀疏算法,即在基本非负矩阵分解的优化函数中施加稀疏性约束,使分解更优,以此来提高重构后图像的清晰度;高频子带系数则采用联合方向特性的对比度进行选取,以得到丰富的细节信息。最后,利用快速有限剪切波逆变换得到重构后的图像。实验结果表明,融合后的图像充分结合了源图像的有用信息,整体轮廓清晰,在客观评价上也有一定的提高。

关键词：快速有限剪切波(FFST) 图像融合非负矩阵分解对比度

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结合区域特性的有限离散剪切波图像融合

计算机工程与科学 2017年第2期39卷 351-358页

作者：陈清江张彦博柴昱洲魏冰蔗西安建筑科技大学理学院陕西西安710055

为了提高多聚焦图像和红外与可见光图像的融合精度,结合有限离散剪切波变换具有良好的局部化特性及平移不变性,提出了一种基于有限离散剪切波变换(FDST)的图像梯度信息相关性因子加权与对比度相结合的融合算法。首先对严格配准后的图像... 详细信息

为了提高多聚焦图像和红外与可见光图像的融合精度,结合有限离散剪切波变换具有良好的局部化特性及平移不变性,提出了一种基于有限离散剪切波变换(FDST)的图像梯度信息相关性因子加权与对比度相结合的融合算法。首先对严格配准后的图像进行FDST分解,得到低频子带系数和不同尺度不同方向的高频子带系数;然后对低频子带系数采用图像梯度信息相关性因子加权融合算法,高频则利用对比度将低频系数与高频系数联系起来并以对比度作为度量系数取舍的准则进行融合;最后应用有限离散剪切波逆变换重构得到融合图像,并对融合结果进行主观视觉和客观评价。实验结果表明,该算法在主观视觉效果和客观评价指标上优于其它融合算法。

关键词：图像处理图像融合有限离散剪切波变换平移不变性对比度

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一种基于稀疏表示的JPEG-LS改进算法

一种基于稀疏表示的JPEG-LS改进算法

第四届高分辨率对地观测学术年会

作者：蒙红英柴昱洲韩宇空间电子信息技术研究院数传所

针对星上遥感图像较高倍率的压缩需求,为改善JPEG-LS在较高压缩比下重建图像的质量,提出一种基于非均匀划分机制的字典稀疏表示对游程模式在Near值调整中造成恢复数据的"水平线状纹理"进行优化。首先对多幅不同纹理区域的遥感图像进行JP... 详细信息

针对星上遥感图像较高倍率的压缩需求,为改善JPEG-LS在较高压缩比下重建图像的质量,提出一种基于非均匀划分机制的字典稀疏表示对游程模式在Near值调整中造成恢复数据的"水平线状纹理"进行优化。首先对多幅不同纹理区域的遥感图像进行JPEG-LS压缩,将游程模式内不同Near值的像素差值进行非均匀区间划分,并将差值映射为非负索引序列;其次对样本序列进行非负K-SVD训练生成过完备索引字典;然后用正交匹配追踪算法对图像子块的游程差值索引序列进行稀疏表示并存储;最后解压缩过程中结合字典及译码得到的稀疏系数对游程内像素进行恢复。上述过程只需在星上添加稀疏表示处理,易于硬件实现;而且较好地改善了"线状纹理"现象,提升了恢复图像的主观视觉效果,同时PSNR值也有所提高。

关键词： JPEG-LS 过完备索引字典游程编码区间划分图像压缩

来源： cnki会议评论

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基于卷积神经网络的图像去雾算法

液晶与显示 2019年第2期34卷 220-227页

作者：陈清江张雪柴昱洲西安建筑科技大学理学院陕西西安710055 空间电子信息技术研究院陕西西安710000

针对传统的基于先验知识与假设条件的去雾算法在实际应用中受到太多限制的问题,本文提出了一种基于端到端卷积神经网络的去雾算法,即通过学习雾天图像与清晰图像之间的映射关系实现图像去雾。首先,该算法采用了多尺度映射,通过多尺度的... 详细信息

针对传统的基于先验知识与假设条件的去雾算法在实际应用中受到太多限制的问题,本文提出了一种基于端到端卷积神经网络的去雾算法,即通过学习雾天图像与清晰图像之间的映射关系实现图像去雾。首先,该算法采用了多尺度映射,通过多尺度的卷积提取出雾霾图像的较多细节信息特征;其次,运用反卷积以减少训练网络的复杂性;最后,结合浅层与深层的合并机制将删除特征图中的伪像素,提高恢复无雾图像的质量。实验结果表明,本文提出的去雾算法在自然雾天图像和合成雾天图像上均优于其它对比算法,并且合成雾天图像在结构相似度(SSIM)和峰值信噪比(PSNR)两个重要的图像评价指标上都取得了良好的表现。

关键词：卷积神经网络多尺度映射反卷积大气散射模型激活函数

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结合深度学习的非下采样剪切波遥感图像融合

应用光学 2018年第5期39卷 655-666页

作者：陈清江李毅柴昱洲西安建筑科技大学理学院陕西西安710055 空间电子信息技术研究院陕西西安710000

遥感图像融合是指将不同传感器得到的具有不同观测特性的图像信息有选择、有策略地结合起来,以得到具有更优观测特性的新图像的方法。提出一种深度学习结合非下采样剪切波变换(NSST)的遥感图像融合算法,利用改进的超分辨率重建网络对多... 详细信息

遥感图像融合是指将不同传感器得到的具有不同观测特性的图像信息有选择、有策略地结合起来,以得到具有更优观测特性的新图像的方法。提出一种深度学习结合非下采样剪切波变换(NSST)的遥感图像融合算法,利用改进的超分辨率重建网络对多光谱图像(MS)进行空间分辨率增强,全色图像(PAN)参考重建后的多光谱图像的每个分量进行直方图匹配。将对应通道的图像进行NSST变换,分别得到低频子带和若干高频子带。低频子带通过使用基于梯度域的自适应加权平均规则来获得低频融合系数,高频子带采用局部空间频率最大值规则来获得高频融合系数,最后经逆NSST变换重构获得融合图像。对不同数据集中的City和Inland多光谱图像采用双三次插值方法进行上采样,作者提出算法的通用图像质量指数(UIQI)分别为0.988 6和0.932 1,光谱角映射(SAM)分别为1.872 1和2.143 2。实验结果表明,图像结构更加清晰,保存的光谱信息更加完整,融合图像质量优于对比算法,融合图像更利于人类视觉观察。

关键词：遥感图像融合深度学习超分辨率重建 NSST

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改进VGG网络的多聚焦图像的融合方法

应用光学 2020年第3期41卷 500-507页

作者：陈清江汪泽百柴昱洲西安建筑科技大学理学院陕西西安710055 中国空间技术研究院西安分院陕西西安710100

为更好地保留原图像信息,提高图像融合性能,提出一种改进VGG卷积神经网络与边缘像素统计特征相结合的融合算法。首先,该算法将完整图像拆分成图像块,以图像块的预处理来获取较高的图像分类,精度达到0.985以上,以改进的VGG卷积神经网络... 详细信息

为更好地保留原图像信息,提高图像融合性能,提出一种改进VGG卷积神经网络与边缘像素统计特征相结合的融合算法。首先,该算法将完整图像拆分成图像块,以图像块的预处理来获取较高的图像分类,精度达到0.985以上,以改进的VGG卷积神经网络来加快模型收敛速度,当图像块输入到网络当中,可以初步得到二分类的权值矩阵。其次,在高频细节部分,对于左聚焦图像和右聚焦图像的清晰模糊模块分别进行模糊化处理,根据像素点之间的统计特征经阈值分割后得到有明显边界的权值矩阵。最后,结合两次分割的权值矩阵,通过加权求和的融合策略,得到处处清晰的聚焦图像。为说明算法有效性,在实验部分展示其融合主观视觉效果图与信息熵等客观评价,该算法对比其他算法表现突出,可较好地保留原图像的信息。

关键词：图像融合 VGG 图像分块统计特征多聚焦图像