1.基于奇异值权重函数的非局部TV模型图像去噪方法,包括如下步骤:
(1)首先输入N0×N0大小的待去噪图像f;
(2)设置方法的相关参数,包括非局部搜索窗口大小N1×N1、邻域窗口大小N2×N2、像素相似度权重函数的参数h和j,高斯核的标准差σ,分裂的Bregman迭代辅助变量bk的初始值b0、平滑参数θ和保真参数λ;
(3)设Mx是以步骤(1)输入的含噪图像f中像素点x∈Ω为中心的大小为N2×N2的图像块像素灰度值矩阵,Ω为f的图像空间,不同的像素点对应不同的图像块, 将各图像块Mx进行T奇异值分解:Mx=UxΛxVx ,式中Ux、Vx分别是Mx的左奇异矩阵和右奇异矩阵,大小都是N2×N2,Λx是Mx的奇异值矩阵,它的大小也是N2×N2,它的对角元素不为零,其他元素全为零,Λx对角元素一共有N2个: 按从大到小排列为: Λx的对角元素就是Mx的奇异值,它包含了Mx的全部特征, 奇异值的定义:对于m×n阶矩阵A,ATA的n个特征值的非负平方根叫作A的奇异值;
(4)利用步骤(3)得到的图像块的奇异值构建新的像素相似度权重函数, 由于奇异值包含了图像块的主要特征,所以相似的图像块之间的奇异值是相近的;在图像块的奇异值中,大的奇异值包含了图像块的主要特征,小的奇异值包含了图像块的次要特征;并且在含有噪声的图像中,噪声不是图像的主要特征,所以在构建新的像素相似度权重函数时,只选用图像块的最大奇异值,通过图像块的主要特征来判断图像块之间的相似性,这样就减少了噪声的干扰;构建图像f中两个像素点x和y的相似度权重函数:其中x为当前像素点,y是以x为中心的搜索窗口内的一点,ax是以x为中心、大小为N2×N2的邻域内的像素灰度值矩阵Mx的最大奇异值,ay是以y为中心、大小为N2×N2的邻域的像素灰度值矩阵My的最大奇异值; 表示在图像f中以x为中心的大小为N2×N2的图像块与以y为中心的大小为N2×N2的图像块之间的高斯加权距离, 表示求和范围是以x或y为中心的大小为N2×N2的邻域内的每一像素点,不包括x或y自身,共N2×N2-1项,Gσ(c)是标准差为σ的高斯核函数;h和j是常数,通过干预指数函数的衰减速度来控制权重函数ω的大小,h和j的取值越大,权重函数ω的值越接近1,算法收敛速度快,但是难以达到最优值,h和j的取值越小,权重函数ω的值越接近0,算法经过多次迭代可以收敛到最优值,但是耗费时间多,h和j的取值原则上要综合以上两点因素,取大小合适的值;
(5)建立非局部TV模型: 其中J(u)是模型的
目标函数,λ是保真参数,f是输入的含噪图像,u是去噪后得到的图像,Ω是f、u的图像空间,是GUY GILBOA和STANLEY OSHER提出的非局部梯度算子,u(y)和u(x)分别是图像u上的点x和y的像素灰度值,
(6)对步骤(5)建立的NLTV模型,采用分裂的Bregman算法迭代逼近来求解,迭代过程分成三步,降低了迭代的复杂性,加快了迭代速度, 迭代格式如下:其中,k的取值是0,1,2,…,等非负整数,迭代初始值u0=f,bk、wk分别表示分裂的Bregman迭代的辅助变量和辅助函数,λ就是步骤(5)建立的非局部TV模型中的保真参数,θ是控制迭代结果的平滑参数;bk的初始值b0、以及λ和θ的赋值已在步骤(2)中进行预设,求解式(6-1)和式(6-2),并数值化,式(6-3)也数值化,由此得到数值化后的三步迭代格式,如步骤(7)中的式(7-1)、(7-2)和式(7-3)所示, 第一次迭代运算前,令k=0;
(7)顺序地应用公式(7-1)、(7-2)、(7-3)进行迭代,
其中 表示求和范围是以x为中心的搜索窗口N1×N1内的每一像素点y,不包括x自身,共N1×N1-1项,ω(x,y)是f中像素x和y间的相似度权重函数,由步骤(4)计算得到;
(8)每次完成步骤(7)的迭代后,计算出迭代结果uk+1的评价值,即uk+1的峰值信噪比(PSNR);如果本次迭代后的输出图像uk+1的峰值信噪比大于上一次迭代输出图像uk的峰值信噪比,则不满足迭代停止条件,令k=k+1,并返回步骤(7),继续迭代运算;如果本次迭代结果uk+1的峰值信噪比小于等于上一次迭代输出图像uk的峰值信噪比,则满足迭代停止条件,将上一次迭代输出图像uk作为最优值ufinal输出,即令ufinal=uk,并转到步骤(9);
(9)将结果ufinal作为最后去噪结果图像输出。