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计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：王凌宇叶学义曾懋胜陈华华应娜杭州电子科技大学通信工程学院

针对目前稳定场图像重建模型在处理图像边缘和复杂纹理区域依然会产生错误，以及面向实时处理的重建效率问题，提出有效场源选择和场源函数构造算法. 首先将稳定场模型与图像纹理相结合，计算缺损像素点处的主纹理方向区间来确定有... 详细信息

针对目前稳定场图像重建模型在处理图像边缘和复杂纹理区域依然会产生错误，以及面向实时处理的重建效率问题，提出有效场源选择和场源函数构造算法. 首先将稳定场模型与图像纹理相结合，计算缺损像素点处的主纹理方向区间来确定有效场源; 然后采用微分近似的方法，利用低阶泰勒展开式构造有效场源与缺损像素点之间的场源函数完成重建. 与基于CDD模型的改进算法、基于Criminisi模型的改进算法，以及2种基于稳定场模型的重建算法进行实验的结果表明，所提算法的峰值信噪比平均提高1.5～2.6 dB; 重建准确率平均提高3.5%～7.9%; 在所选图像以及CelebA-HQ人脸数据集上的实验结果表明，该算法实现了对不同类型缺损图像高效且准确的重建.

关键词：稳定场图像重建有效场源主纹理方向场源函数微分近似

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面向稳定场图像重建中场源函数的研究

面向稳定场图像重建中场源函数的研究

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作者：王凌宇杭州电子科技大学

学位级别：硕士

数字图像是信息记录和传播的最重要载体,但在采集、编辑以及传输的过程中可能会出现部分信息的丢失,因此需要图像重建技术来恢复这部分缺失的信息。目前大部分图像重建研究的目的是使人眼无法检测,仅重视重建结果的整体视觉效果,而不追... 详细信息

数字图像是信息记录和传播的最重要载体,但在采集、编辑以及传输的过程中可能会出现部分信息的丢失,因此需要图像重建技术来恢复这部分缺失的信息。目前大部分图像重建研究的目的是使人眼无法检测,仅重视重建结果的整体视觉效果,而不追求对于缺损区域各像素点重建的准确性,然而随着图像识别技术的广泛应用,当这些重建图像被用于细节特征提取时可能会产生不可预估的错误;此外,随着具有图像处理能力的数字工具的发展,重建技术还需要满足对图像进行实时处理的要求。为了解决上述问题,研究者们开始利用数学物理中的稳定场模型来描述图像局部纹理,提出了基于稳定场的图像重建模型,研究以非迭代的方式对破损图像中缺失的信息进行准确且高效的重建。本文在现有图像局部纹理稳定场重建模型的研究基础上,针对当前图像重建算法在准确率和效率方面的问题,以该模型中场与源之间的关系为核心提出有效场源选择和场源函数构造算法。首先将稳定场模型与图像纹理相结合,依据缺损像素点邻域内各已知点的梯度信息得到该缺损点处主纹理方向所在的方向区间,选取处在该区间内的已知点作为有效场源;其次针对有效场源采用微分近似的方法,利用低阶泰勒展开式计算出该点位于缺损点处的估计值,设计有效场源与在缺损像素点处所产生的场之间的相似度因子,并结合两者间的距离因子构造场源函数,从而完成重建。与2种基于典型重建模型的改进算法,以及2种基于稳定场模型的重建算法的对比实验结果表明,本文算法的峰值信噪比(PSNR)平均提高了1.5d B～2.6d B;重建准确率平均提高了3.5%～7.9%;重建效率平均提高了30秒～2000秒,在所选图像以及Celeb A-HQ人脸数据集上的实验结果表明,该算法实现了对不同类型缺损图像高效且准确的重建。但是该算法在重建具有强烈或复杂结构特征的缺损区域时,仍然会出现结构不连续和错误延伸等现象。针对该问题提出了基于结构张量的图像局部纹理稳定场重建算法。首先通过引入结构张量特征值设计结构数据项,结合缺损像素点的置信度因子构造优先权函数规划局部缺损区域内缺损像素点的重建次序;然后,根据结构张量相干因子将图像划分为边缘区域、纹理区域以及平坦区域,对处在不同结构区域的缺损像素点自适应地选取固定场源模板的大小,并用于参与后续的重建。在公开的Places2场景数据集和Celeb A-HQ人脸数据集上的实验结果表明,与现有同类算法相比,峰值信噪比(PSNR)平均提高了1.5d B和1.8d B,重建准确率平均提高了2.2%,在保持重建效率的同时,对于结构特征复杂以及纹理细节密集的缺损图像实现了更佳的重建视觉效果以及更高的重建准确率。

关键词：稳定场图像重建有效场源主纹理方向场源函数微分近似结构张量

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