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面向水下图像集的一致性增强评价方法

中国图象图形学报 2018年第11期23卷 1759-1767页

作者：孙晓帆刘浩张鑫生吴乐明况奇刚东华大学信息科学与技术学院上海201620

目的在对整个水下图像集的质量进行评价时,现有方法是采用某一质量评价准则的质量分数平均值作为指标,以平均值的高低来说明质量增强算法的优劣,但是,非一致性增强的质量分数平均值会随着图像集的变化而产生较大的波动。为了解决上述问... 详细信息

目的在对整个水下图像集的质量进行评价时,现有方法是采用某一质量评价准则的质量分数平均值作为指标,以平均值的高低来说明质量增强算法的优劣,但是,非一致性增强的质量分数平均值会随着图像集的变化而产生较大的波动。为了解决上述问题,本文提出了一个更加具有普适性的水下图像质量评价方法:一致性增强质量评价(CEQA)方法。方法所提方法通过对比图像增强前后的质量分数差值,来判断增强算法性能的一致性,再通过改变选定的质量分数差值所占权重比例并统一分数制,求出一致性增强的图像集的一致性增强质量评价分数。结果虽然当图像集较小时,非一致性增强的图像质量增强算法得到的质量分数平均值最高,但当图像集扩大时,其增强后的质量分数平均值却低于原图的质量分数平均值;而在图像集扩展前后,一致性增强的图像质量增强算法能够稳定地增强图像质量,其得到的质量分数平均值一直高于原图的质量分数平均值。结论本文通过实验证明了所提方法的可行性,扩展应用能够通过本文方法得到有效的实验数据,以对比说明各种水下图像质量增强算法的优劣;本文的方法比平均值方法更加鲁棒有效地控制了大样本偏差。因此,本文为大规模应用中如何选取水下图像集的质量增强算法,提供了一个更好的评价标准。

关键词：图像集一致性增强图像质量图像增强质量评价

基于内容一致性和点特征的多光谱图像配准方法研究

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基于内容一致性和点特征的多光谱图像配准方法研究

作者：夏开国南京理工大学

学位级别：硕士

多光谱图像在资源探测、场景识别、生态监测和军事侦察等诸多领域中的应用日益广泛,但设备移动、通道切换等因素严重干扰了多光谱图像的获取,因此在复杂场景下对图像进行严格配准具有重要的实际意义。现有的基于区域的配准方法高度依赖... 详细信息

多光谱图像在资源探测、场景识别、生态监测和军事侦察等诸多领域中的应用日益广泛,但设备移动、通道切换等因素严重干扰了多光谱图像的获取,因此在复杂场景下对图像进行严格配准具有重要的实际意义。现有的基于区域的配准方法高度依赖配准度量的鲁棒性,对配准图像间的灰度统计一致性较为敏感。基于特征的配准方法对图像旋转和缩放等仿射变换具有较好的鲁棒性,但在配准灰度非线性差异较大的多光谱图像时存在较多误匹配点从而影响了配准结果准确性。本文基于以上两种多光谱图像配准方法,主要研究以下两个方面的工作:针对基于区域的配准方法受多光谱图像灰度非线性差异的影响,导致配准的结果不够准确甚至无法配准的问题,本文提出一种基于一致性内容增强的多光谱图像配准方法。该方法优化了Canny边缘检测方法的图像边缘轮廓提取,通过将强度不一致的边缘轮廓转化为绝对亮度以增强灰度一致性,从而有效保持了相关性度量鲁棒性和互功率谱峰值孤立性。仿真实验验证了所提一致性内容增强方法的有效性。针对基于特征的配准方法存在较多误匹配点的问题,本文提出一种基于特征点位置调整的多光谱图像配准方法。该方法利用所提出的多尺度形态学开闭重建方法对图像进行平滑降噪以及虚假边缘消除,通过准确定位的图像边缘,调整特征点分布,剔除了匹配误差比较大的特征点,有效减少了误匹配点数量。仿真实验验证了所提特征点位置调整方法的有效性。本文提出的上述两种多光谱图像配准方法,通过对一致性内容增强和特征点位置调整,分别实现了相关性增强和误匹配点剔除,提高了配准方法的鲁棒性和准确性。

关键词：多光谱图像图像配准一致性增强特征点调整

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基于改进光流场模型的大脑图像配准

计算机辅助设计与图形学学报 2008年第3期20卷 349-355页

作者：白小晶陈允杰孙怀江王平安夏德深南京理工大学计算机科学与技术学院南京210094 香港中文大学计算机科学与工程学系中国香港

将光流场模型引入大脑图像配准,针对Horn模型会造成图像严重模糊的问题,在微分光流场模型的一般框架下,构造具有边缘保持和一致性增强能力的流驱动各向异性扩散方程作为正则项,以增强配准过程的特征保持能力;采用非二次惩罚函数作为数据... 详细信息

将光流场模型引入大脑图像配准,针对Horn模型会造成图像严重模糊的问题,在微分光流场模型的一般框架下,构造具有边缘保持和一致性增强能力的流驱动各向异性扩散方程作为正则项,以增强配准过程的特征保持能力;采用非二次惩罚函数作为数据项,以增强模型的鲁棒性.最后利用文中模型对大脑图像进行配准实验,得到了较为准确的结果.

关键词：大脑图像配准流驱动各向异性正则化非二次惩罚函数边缘保持一致性增强

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一种增强结构信息的图像平滑算法

光子学报 2007年第B06期36卷 303-308页

作者：张道兵张慧孙显刘波王宏琦中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院电子学研究所

基于非线性扩散滤波提出了可以同时对同质区域进行平滑和对结构信息进行增强的算法.该算法在同质区域采用各项同性滤波而在边缘附近采用各项异性扩散滤波,避免了图像平滑和增强结构信息之间的矛盾.在实现时,根据一致性程度选择扩散矩阵... 详细信息

基于非线性扩散滤波提出了可以同时对同质区域进行平滑和对结构信息进行增强的算法.该算法在同质区域采用各项同性滤波而在边缘附近采用各项异性扩散滤波,避免了图像平滑和增强结构信息之间的矛盾.在实现时,根据一致性程度选择扩散矩阵的扩散系数,可确保偏微分方程在离散化时的简洁性和一致性.数字实验结果表明,可以有效的平滑一致性低的区域并增强一致性高的结构.

关键词：图像处理图像平滑非线性扩散一致性增强结构张量

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水下图像增强方法及性能评价研究

水下图像增强方法及性能评价研究

作者：魏冬东华大学

学位级别：硕士

由于光在水下传播时会出现吸收和散射现象,导致水下图像经常会出现色偏、模糊不清等问题。质量低下的图像无法完整地表达海底场景信息,更难以满足实际应用的多样化需求。现有的大多数水下图像增强方法在校正图像色偏和去模糊两个方面难... 详细信息

由于光在水下传播时会出现吸收和散射现象,导致水下图像经常会出现色偏、模糊不清等问题。质量低下的图像无法完整地表达海底场景信息,更难以满足实际应用的多样化需求。现有的大多数水下图像增强方法在校正图像色偏和去模糊两个方面难以平衡,增强后的图像依旧偏蓝绿色或较模糊。因此,研究既能校正水下图像色偏又能去模糊的方法就显得十分重要。此外,判断图像增强方法性能是否优异的关键在于图像质量评价方法,虽然目前图像质量评价方法众多,但基本上都是对单一图像进行评价。在大数据时代,图像通常以图像集的形式出现,在众多的图像增强方法中,如何高效、鲁棒地为图像集挑选出性能优异的增强方法是个颇具挑战性的难题。针对以上描述的两个重要问题,本文的主要研究内容如下:（1）使用经典的水下图像增强方法对水下图像进行增强实验,根据增强后的图像,从主观和客观两个角度对水下图像增强方法的性能进行分析。通过分析这些增强方法的优点和缺点,为本文的后续工作指明方向。（2）在单幅图像质量评价方法的基础上,提出了一种面向图像集的一致性增强质量评价准则。与平均准则相比,所提准则受特殊值影响较小,可以准确地区分增强方法是否为一致性增强方法;另外,在使用子图像集指导大图像集时,所提准则对一致性增强方法的误判率要远低于平均准则。所提准则提供了一种新的面向图像集的评价体系,可以作为平均准则的一种有效补充。（3）针对水下图像质量较为低下的情况,本文还提出了一种基于颜色校正和去模糊的水下图像增强方法。所提方法对原始图像依次进行颜色校正和去模糊处理,取得了质量递增的恢复效果。在颜色校正阶段,先对图像进行对比度增强,接着采用伽马校正来进一步优化图像的对比度和色彩。根据灰度世界先验,所提方法创新性地使用二分法的思想来计算伽马校正系数。在伽马校正完成后,进入去模糊阶段,使用暗通道先验对图像进行去模糊处理,去模糊后的图像即为最终增强图像。实验表明,基于所提方法增强后的图像在主观评价和客观评价上均展现出较好的效果,并且所提方法具备较强的泛化性,可应用于不同的水下场景。

关键词：水下图像增强图像质量评价图像集一致性增强

面向密钥容量提升的精细化物理层密钥生成技术研究

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面向密钥容量提升的精细化物理层密钥生成技术研究

作者：邓哲元战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的快速发展,当前无线通信系统的数据量呈爆炸式增长且业务涉及大量用户隐私,因此对无线通信安全提出了更高要求。然而当前无线通信安全一直采用“发现问题,解决问题”的被动式解决思路,导致问题源源不断,难以获得根本... 详细信息

随着无线通信技术的快速发展,当前无线通信系统的数据量呈爆炸式增长且业务涉及大量用户隐私,因此对无线通信安全提出了更高要求。然而当前无线通信安全一直采用“发现问题,解决问题”的被动式解决思路,导致问题源源不断,难以获得根本解决。物理层密钥生成技术从无线通信本身出发,利用无线信道的固有属性,是一种可从根本解决无线通信保密性安全问题的技术,经过多年的发展其已趋于成熟。物理层密钥生成技术一直以密钥生成速率与通信速率匹配为研究目标,以期达到“一次一密”的“完美安全”。然而现有研究对信道认知不够精细,导致密钥容量难以提升,限制了密钥生成速率与通信速率的匹配,具体存在以下问题:1)对信道认知不够精准,将复杂的多径信道退化为了一维的多径叠加信道,人为丢弃了多径信道的多维独立性,造成了多径信息的熵减,进而导致密钥容量下降;2)对信道认知不够精确,仅利用导频符号估计信道,忽略了数据符号也包含的信道信息,使得信道估计结果不精确,造成了对随机源观测的不一致,进而导致密钥容量下降。针对以上问题,本文以提升密钥容量为目的,以精细化认知信道为手段,开展了面向密钥容量提升的精细化物理层密钥生成技术研究工作。从“精准认识信道”出发,提出了基于多径功率分配的密钥生成方案;从“精确认识信道”出发,提出了基于导频-数据联合的密钥生成方案。本文具体研究内容为:1.针对当前研究采用多径叠加信道导致密钥容量出现熵减的问题,提出基于多径功率分配的密钥生成方案。首先,根据信息论中的数据处理不等式说明多径信道相比于多径叠加信道对于密钥生成方案的优势。其次,依赖现有相干源波达方向（Direction of Arrival,Do A）估计算法及空域滤波方法,提出了一种多径分离方法,并进一步提出了一种基于多径分离的密钥生成方案;随后,推导分析了多径信道下的密钥容量表达式,并基于几何规划算法给出了总功率约束条件下最大密钥容量的功率分配方案;最后,仿真结果表明:多径信道的密钥容量要高于多径叠加信道的密钥容量,采用多径信道作为共享随机源可以避免信道熵减带来的密钥容量损失。2.针对当前研究仅利用无线帧中导频符号获取的信道估计结果导致合法通信双方信道一致性差的问题,提出了基于导频-数据联合的密钥生成方案。首先,根据信道估计误差下限,推导了基于导频-数据联合的OFDM系统密钥容量,分析了其与信道径数、载波数、符号数、噪声等变量的关系;其次,根据不同的无线通信系统信号处理信息设计了3种一致性增强算法,并根据3种算法的迭代次数,提出了一个基于数据符号判决信息的自适应一致性增强算法（Adaptive Consistence Enhancement Algorithm based on Data Symbol Decision Information,ACEA-DSDI）;随后,依据ACEA-DSDI算法提出了基于导频-数据联合的密钥生成方案。最后,仿真结果表明:ACEA-DSDI算法可以逼近密钥容量上界,且在一定条件下可以实现通信速率与密钥速率的匹配,从而到达“一次一密”条件。3.为验证研究内容2所提方案的有效性,基于软件无线电平台在Wi-Fi通信体制下对所提密钥生成方案进行了测试验证。首先,根据研究内容2推导的密钥容量表达式设计实验方案;随后,在基于ZYNQ+AD9361的软件无线电平台上,利用开源项目OPENWIFI搭建了软硬件实验平台,在无遮挡和有遮挡两种环境中测试了信道互易性、密钥不一致率等指标。测试结果表明:研究内容2所提的ACEA-DSDI相比于移动滑窗算法,每帧可多产生97bit的密钥,验证了ACEA-DSDI算法在实际应用的有效性。

关键词：无线通信物理层密钥生成多径信道一致性增强 Wi-Fi