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分形图像编码及其在数字水印中的应用

分形图像编码及其在数字水印中的应用

作者：申小娜重庆大学

学位级别：硕士

在各种多媒体服务和数字通信等应用领域,图像编码/压缩是至关重要的技术。近年来发表的大量文献显示,图像编码已取得了重要的进展,许多新的思想被提出。分形编码就是其中最引人瞩目的技术之一,它打开了图像压缩的一个全新的编码思路。... 详细信息

在各种多媒体服务和数字通信等应用领域,图像编码/压缩是至关重要的技术。近年来发表的大量文献显示,图像编码已取得了重要的进展,许多新的思想被提出。分形编码就是其中最引人瞩目的技术之一,它打开了图像压缩的一个全新的编码思路。过去十余年间,其主要研究集中于图像压缩应用,但是,目前它也广泛渗透于数字水印等应用领域。结合分形编码与应用研究的热点,本学位论文主要从快速编码算法以及分形水印两个方面展开研究工作,得到如下结果: ①一个快速分形编码算法。分形图像编码具有好的视觉质量和高压缩比,然而,固有的编码耗时限制了它的应用范围。编码时间主要花费于在一个海量码本中搜索每个输入子块的最佳匹配块。针对这个问题,提出一个限制搜索空间的算法,改进了我的导师提出的叉迹算法[计算机学报,2005,no.10]。具体说,它把子块叉迹的定义修改为其规范子块主次对角元绝对值之和,并利用新叉迹把搜索范围限制在初始匹配块的邻域内;同时,引入误差阈值来控制以初始匹配块为中心的搜索邻域大小。实验显示:与叉迹算法比较,改进算法在编码时间和图像质量方面获得了更好的效果。 ②一个分形水印算法。该算法改进了Pi等人提出的分形水印算法[A novel fractal image watermarking, IEEE Transactions on Multimedia, 2006, no.3],它把二值版权图标嵌入到分形压缩的图像文件中。具体说,把宿主图像分成大小相同的不重叠的子块,对这些子块进行分形编码(采用正交分形编码方法)。这些子块按拼贴误差的大小进行降序排列,并根据宿主图像内容分成三个子列。按照新的量化嵌入公式,经Arnold变换置乱后的水印被强度不同地嵌入三个子列的子块的量化均值中,通过分形解码得到含水印图像。实验表明,该算法隐蔽性强,并对剪切、涂抹、加噪、滤波以及JPEG压缩等具有较强的鲁棒性。

关键词：分形编码图像压缩/编码快速编码数字水印分形水印

基于分块分形编码的多姿态、表情人脸图像检索

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2004年第5期34卷 826-830页

作者：姬光荣曲翠璐赵文仓廖向东屈新岳中国海洋大学信息科学与工程学院青岛市公安局 91913部队

利用图像分形编码中定义域块和最小均方误差一一对应的特点 ,提出了 1种基于分形编码的多姿态、表情的人脸图像检索方法。该方法将待检索图像分割为相同大小的值域块 ,然后将每一值域块按给定的定义域块进行分形编码 ,得到最小均方误差 ... 详细信息

利用图像分形编码中定义域块和最小均方误差一一对应的特点 ,提出了 1种基于分形编码的多姿态、表情的人脸图像检索方法。该方法将待检索图像分割为相同大小的值域块 ,然后将每一值域块按给定的定义域块进行分形编码 ,得到最小均方误差 ,计算该最小均方误差与图像库中最小均方误差的欧氏距离。将待检索图像所有值域块的欧氏距离求平均 ,此平均欧氏距离较小的几幅图像即为检索出的图像。实验证明该方法能够准确地检索出图像库中存储的同一人的不同姿态、表情的图像。

关键词：图像检索分形编码定义域块最小均方误差

基于鲁棒分形编码和加权核范数的图像复原模型研究

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基于鲁棒分形编码和加权核范数的图像复原模型研究

作者：叶雨婷深圳大学

学位级别：硕士

数字图像处理近年来得到了极大的重视和长足的发展,并在科学研究、医疗卫生、通信方面得到了广泛的应用.在实际图像形成、传输的过程中,由于各种干扰因素的存在图片会受到噪声的污染.这严重影响了人们对数字图像的认识,所以图像复原在... 详细信息

数字图像处理近年来得到了极大的重视和长足的发展,并在科学研究、医疗卫生、通信方面得到了广泛的应用.在实际图像形成、传输的过程中,由于各种干扰因素的存在图片会受到噪声的污染.这严重影响了人们对数字图像的认识,所以图像复原在图像处理中十分重要.本文主要针对脉冲噪声（特别是椒盐噪声和随机值脉冲噪声）,提出基于鲁棒分形图像编码的原始对偶算法和低秩加权核范数算法,数值实验也说明了这两种算法的有效性.具体研究工作如下:（1）Huber分形图像编码的本质是通过采用Huber M估计技术,尽可能准确地预测无噪声图像的分形码.在本文中,我们介绍了一种鲁棒分形图像编码的原始对偶算法（PD-RFIC）,将压缩条件下的分形参数鲁棒预测问题作为约束优化模型,然后采用原始对偶算法求解.此外,为了减少使用损坏的定义域块作为所提出方法中的独立变量,我们不是在传统HFIC中对2×2子块使用均值运算,而是对较大子块应用中值运算来获得可以用于实现异常值的鲁棒性的定义域块.数值实验说明了该方法对于脉冲噪声的去除是有效的,并在数值评估和视觉质量方面证明了所提出的方法相对于传统HFIC方法的显著改进.此外,本文还提出了基于中值的Fisher分类方法,以加快所提出方法的编码速度.（2）在本文中,我们还研究了可以处理脉冲噪声的基于加权核范数的算法.在这里,不同于传统的核范数近似算法用于图像复原,我们引入了一个新的基于核范数的图像去噪模型,该模型将L1范数据保真度项和加权核范数正则项之和最小化,其中奇异值分配有不同的权重.由于模型中的两个项都是非凸的,因此在这种情况下解决最小化问题是非常具有挑战性的.我们应用乘数的交替方向法（ADMM）进行求解,并证明了该模型可以用核范数算子的接近度来表示.通过利用图像的非局部自相似性,我们提出的模型可以应用于图像去噪.由数值结果表明,该方法可以有效去除脉冲噪声.

关键词：分形编码原始对偶算法核范数最小化低秩分析脉冲噪声

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图象块的分形近似和分块分形近似编码

中国图象图形学报（A辑） 1997年第11期2卷 801-805页

作者：皮明红彭嘉雄刘华方华中理工大学图象识别与人工智能研究所

提出了一种图象块的分形近似方法。该方法借助于ＳＡＳ以达到对图象块的最小平方的分形近似，其运算量仅为２×Ｍ×Ｎ次乘法和４×Ｍ×Ｎ次加法，Ｍ×Ｎ为图象块大小。由图象块分形近似量化而成的编码，称之为分块分形近似编码。其压缩... 详细信息

提出了一种图象块的分形近似方法。该方法借助于ＳＡＳ以达到对图象块的最小平方的分形近似，其运算量仅为２×Ｍ×Ｎ次乘法和４×Ｍ×Ｎ次加法，Ｍ×Ｎ为图象块大小。由图象块分形近似量化而成的编码，称之为分块分形近似编码。其压缩比依赖于所选取图象块大小和迭代变换系数的量化。对８×８图象块，在不失真情况下，其压缩比达到１７．８倍。通过对大量图象的实验结果表明，只需进行８次迭代，就能得到满意的重构图象。和其它分形编码相比，此方法简洁，编码速度快，对２２０×２２０的＂Ｌｅｎａ＂图象进行编码，在ＰＣ４８６／ＤＸ３３上，仅需时３０秒。

关键词： IFS SAS 分形近似分形编码图象压缩

基于字典学习-分形编码和加权核范数的图像复原模型研究

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基于字典学习-分形编码和加权核范数的图像复原模型研究

作者：田加鹏深圳大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,以及互联网的普及,社会已逐步进入数字化时代.图像作为人们感知世界的最直接方式,也在数字化时代中发挥着重要的作用.但图像在数字化的时候,往往会因为产生、传送和接收的过程导致图像失真,使得人们无法获取图像中的真... 详细信息

随着科技的发展,以及互联网的普及,社会已逐步进入数字化时代.图像作为人们感知世界的最直接方式,也在数字化时代中发挥着重要的作用.但图像在数字化的时候,往往会因为产生、传送和接收的过程导致图像失真,使得人们无法获取图像中的真实信息,并且不同因素的影响会导致不同类型的噪声产生.为此,越来越多的人们对图像复原进行研究,尤其是对图像进行去噪处理.自然图像中最常见的噪声是加性高斯白噪声;医学中的磁共振图像,由于其成像原理导致出现呈Rician分布的噪声,通常我们称为Rician噪声.本文对这两种噪声分别进行了简单介绍,并提出了相应的去噪模型,具体如下:（1）针对自然图像中常见的加性高斯白噪声,本文提出了一种基于字典学习的分形编码去噪模型.该模型在经典的分形编码的基础上,引入稀疏字典表示,使得模型不仅具有分形编码的压缩性,还具有稀疏字典表示去除噪声的有效性.模型主要包括三部分:保真项、分形编码项以及稀疏字典表示项.针对该模型,我们还分三步对模型进行求解.并通过实验得到,该模型在对图像去除噪声的同时,还实现了分形去噪编码/压缩.（2）随着磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）在医疗领域的广泛应用,人们逐渐关注到MRI中的Rician噪声,并开始研究Rician噪声去除的问题.针对Rician噪声,本文提出了一种基于加权核范数的MRI去噪模型.该模型在MAP模型的基础上进行改进,用加权核范数项作为正则项代替原模型中的TV正则项.为了方便求解新模型,我们引入了Clarke次微分的概念,并使用第一类IRSVM算法求解模型.最后,我们分别在自然图像和医学图像上进行模拟实验.实验结果表明,我们提出的模型比当前高效的模型更能有效地对噪声图像进行复原.

关键词：图像去噪分形编码稀疏字典表示磁共振成像加权核范数

小波域分形图像编码及其在GPU上的快速实现

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小波域分形图像编码及其在GPU上的快速实现

作者：杨丽安徽大学

学位级别：硕士

随着信息技术的发展,图像和视频成为了人们生活中信息交流的主要载体。然而,原始图像具有庞大的数据量,给存储、传输及通信等实际应用带来了很多不便。因此图像压缩作为通信及多媒体领域中的一项关键技术,具有重要的现实意义和广阔的发... 详细信息

随着信息技术的发展,图像和视频成为了人们生活中信息交流的主要载体。然而,原始图像具有庞大的数据量,给存储、传输及通信等实际应用带来了很多不便。因此图像压缩作为通信及多媒体领域中的一项关键技术,具有重要的现实意义和广阔的发展前景。由于传统的压缩算法存在压缩率比较低、解码图像质量较差等缺点,迫切需要新型的图像压缩技术。分形图像压缩方法注重发掘图像的自相似性,把看起来非常复杂的图像,采用几条简单的迭代规则,就可实现图像的编码;解码时,使用这几条规则进行有限迭代,即可重构图像,达到很高的压缩比。而小波分析,是一种信号的时间-尺度(时间-频率)分析方法,具有多分辨率分析的特点,在时频两域都具有表征信号局部特征的能力,并且小波变换还能去除图像的全局相关性,具有人的视觉特性。所以,把分形理论和小波变换编码技术向结合,不仅发挥分形图像压缩的高压缩比的优势,还弥补了其编码时间过长和块状效应明显的缺点。为了进一步提高编码效率,本文试图利用GPU(Graphic Processing Unit)高性能计算架构CUDA来实现小波域内分形图像压缩编码,这更缩短了编码时间,提高了编码效率。本文主要研究工作如下：首先简要介绍了图像压缩相关知识,然后研究了空域分形图像压缩,研究结果表明：空域分形图像压缩在保证图像质量的基础上,达到了很高的压缩比,但其编码时间过长,块状效应明显。为了改善上述算法,本文着重研究了小波域内分形图像压缩。编程实现了小波分形(wavelet-fractal)图像编码,实验结果表明,通过这种结合,发挥了两种算法的优势,有效的缩短了编码时间并且避免了空域分形的块效应。为了进一步提高编码效率,本文提出了使用GPU对编码进行加速的方案。在CUDA规范下,使用GPU并行地对图像中所有待编码的子树同时进行最优父树搜索。实验结果表明,该编码方法在保持原有算法图像解码质量的前提下,可将编码时间缩短至毫秒级,大大提高了压缩算法的执行效率。

关键词：图像压缩分形编码小波变换 GPU

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分形图像编码的混合算法研究

分形图像编码的混合算法研究

作者：徐庆山东师范大学

学位级别：硕士

图像压缩是数据压缩的一个重要分支,它的相关研究已经取得了重要的进展。为了实现对图像更有效的压缩,人们提出了许多理论和方法,分形图像编码就是其中之一。分形图像编码以较高的压缩比、分辨率无关及解码过程与源图像无关等特性,受到... 详细信息

图像压缩是数据压缩的一个重要分支,它的相关研究已经取得了重要的进展。为了实现对图像更有效的压缩,人们提出了许多理论和方法,分形图像编码就是其中之一。分形图像编码以较高的压缩比、分辨率无关及解码过程与源图像无关等特性,受到越来越多的关注,它和小波变换、DCT变换一起被誉为第二代图像压缩方法。本文对分形图像编码的热点问题进行了研究。针对与目前广泛使用的编码方法相比,经典分形图像编码缺乏竞争力的问题,本文分别对分形编码与小波变换结合、分形编码与遗传算法结合进行了深入细致的探讨,并给出了一个基于遗传算法的改进混合算法。本文所做的工作分为以下两部分: 1.对经典分形图像编码的改进算法进行了比较,针对大量冗余计算导致编码过长的问题,提出了一种新的加快方法,通过对误差公式的推导,得出误差与图像块方差的不等式,利用不等式剔除不匹配的码本块,并对误差公式进行分析,避免编码过程中的冗余的计算,实现编码速度的提高。 2.对分形图像编码的混合算法进行了研究,探讨了小波变换与分形图像编码结合和遗传算法与分形图像编码结合这两种混合算法。在遗传算法与分形编码结合的基础上,提出了一种增强最优解搜索能力的改进遗传算法,利用改进遗传算法的搜索能力替代分形图像编码中复杂的块匹配过程,并结合对比度因子的约束限定遗传算法的搜索空间,缩短编码时间。

关键词：分形编码混合算法小波变换遗传算法

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结合分形编码的DCT域图像水印算法研究

结合分形编码的DCT域图像水印算法研究

作者：吴俊峰重庆大学

学位级别：硕士

随着通信技术和计算机网络技术的发展,数字作品,如图像,视频,音频作品很容易得到,同时,由此引发的防止盗版和保护版权的问题已引起人们的关注,数字水印技术是解决这些问题的有效的技术手段。分形图像压缩编码是一种很有前途的图像编码... 详细信息

随着通信技术和计算机网络技术的发展,数字作品,如图像,视频,音频作品很容易得到,同时,由此引发的防止盗版和保护版权的问题已引起人们的关注,数字水印技术是解决这些问题的有效的技术手段。分形图像压缩编码是一种很有前途的图像编码方法。它以新颖的思想、高压缩比、分辨率无关性和快速解码等优点而广受世人的瞩目。尽管它源于图像压缩,但是目前已渗透到图像处理的其它研究领域中。首先对有关数字水印的基本知识作了详细的介绍和总结,包括数了水印技术产生的背景、基本系统结构、基本原理、特点及其发展现状和用途等。然后对目前比较热点的DCT域数字水印进行了新的探索和总结,在详细分析数字图像水印特点和需求的基础上,从提高水印的不可见性和鲁棒性出发,提出了两个结合分形编码的DCT域水印算法。首先将宿主图像分成大小相同的不重叠方块,利用分形编码的拼贴误差对图像块进行分类,并构造原始宿主图像的二值特征标图,采用Arnold变换置乱二值特征标图和二值版权图标,再进行异或(XOR)运算得到隐秘水印。最后通过在子块DCT域中所选的三个中频系数的比较或直流系数的量化来完成隐秘水印的嵌入。本文对所提算法进行了大量的鲁棒性实验。实验结果表明,两个算法都具有良好的不可见性,对常见的图像处理操作具有较强的鲁棒性,如:JPEG压缩、剪切、滤波和噪声攻击等。

关键词：数字水印分形编码离散余弦变换(DCT) 直流系数中频系数

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基于分形编码的图像去噪研究

基于分形编码的图像去噪研究

作者：孙小敏山东大学

学位级别：硕士

分形图像编码方法是一种新型的图像编码方法，由于这种方法可以获得极高的压缩比，且其解码图像分辨率独立，因此，自提出以来便得到了广泛关注。其中大部分的研究围绕如何缩短编码时间展开。随着计算机技术的发展及分形编码算法的优化... 详细信息

分形图像编码方法是一种新型的图像编码方法，由于这种方法可以获得极高的压缩比，且其解码图像分辨率独立，因此，自提出以来便得到了广泛关注。其中大部分的研究围绕如何缩短编码时间展开。随着计算机技术的发展及分形编码算法的优化，分形编码时间已经从原来的几小时缩短到几秒钟，使其已经基本满足实际应用的需要。随着分形编码技术的发展，它已不仅仅应用于最初的图像压缩，还广泛应用于数字水印等其它领域。然而，分形编码在图像去噪方面的应用却才刚刚起步。在对噪声图像进行简单的分形编码压缩时，图像中的噪声得到了一定程度的抑制。这是因为分形编码方法是利用图像块间的自相似性进行编码压缩的，因此对边缘或高噪声处这些相似性差的地方，恢复也较差，从而达到了一定的去噪效果。进一步，可以利用噪声图像的分形编码参数来估计无噪原图像的分形编码参数。利用此种方法估计之后，去噪效果比简单编码更好。文中介绍了这种利用估计分形编码参数进行图像去噪的方法，并进行了实验仿真。它可以对噪声图像同时进行去噪和压缩。试验结果表明，在压缩比为10倍左右时，仍能得到较好的去噪图像。本文继续对这种分形编码去噪方法进行了改进。其中四叉树分割是一种常用的分形编码分割方法，可根据允许的匹配误差和压缩比来改变值域块和定义域块的尺寸。先在大尺寸的值域块和定义域块之间寻找满足匹配要求的相似快，对达不到要求的值域块，缩小其尺寸和相应的定义域块的尺寸，再考察它们的相似性。用四叉树分割方法，可以保护解码图像边缘，改进解码图像质量。而利用解码图像的分辨率无关性，可以将图像解码到分辨率较低的图像上，再利用图像几何变换的方法，将图像还原到原分辨率上，灰度值映射采用平滑性较好的双线性插值，从而减轻了解码图像的块效应。

关键词：图像去噪分形编码小波变换四叉树分割