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专利号: 2018107289932
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于非局部相似性低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法,包括以下步骤:(1)噪声分析:假设图像噪声服从独立泊松分布,根据泊松分布的联合概率密度函数和最大似然原理,得出去除泊松噪声相当于最小化KL-散度函数,然后利用图像非局部相似块的先验知识作为正则项,进行稳定数值解;

(2)建立模型:根据步骤1)中噪声分析,并结合后验概率公式,得出泊松低秩去噪模型如下:其中:DKL(f+b,g)是KL-散度函数,Gjf表示图像相似块组成的包含噪声的矩阵,Fj表示对应相似块组成的低秩矩阵,f表示原始图像,b表示观测背景;g表示观测图像;η表示正则化参数;λj表示平衡后两项的参数;

(3)去噪处理:根据步骤(2)建立的泊松低秩去噪模型,通过优化知识,分别得出求解Fj和f的迭代式,然后经过交替迭代法得出最终解;

(4)输出除噪图像:在装有MATLAB软件的计算机上,对步骤(3)进行编程实现,将得到的结果通过图片的方式输出,即为去噪后的图像。

2.根据权利要求1所述的基于非局部相似性低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,泊松分布的联合概率密度函数如下:其中:f表示原始图像,b表示观测背景;g表示观测图像。

3.根据权利要求1所述的基于非局部相似性低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法,其特征在于,所述步骤(1)中,最小化KL-散度函数如下:且由于KL-散度函数的病态性,求解过程中,数值的不稳定性使得恢复图像的效果不稳定;因此,利用图像非局部相似块的先验知识作为正则项,使得恢复图像更加稳定。

4.根据权利要求3所述的基于非局部相似性低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法,其特征在于,所述正则项为

5.根据权利要求1所述的基于非局部相似性低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法,其特征在于,所述步骤2)中的后验概率公式 其中,P(f)代表先验信息,P(g|f)条件概率,P(f|g)后验概率,P(g)是已经发生概率,为常数。

6.根据权利要求1所述的基于非局部相似性低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法,其特征在于,所述步骤3)中,去噪处理的具体步骤为:根据建立的低秩去噪模型,通过优化交替迭代方法,分别求得Fj和f的值,其中f是原始图像,Fj是对应原始图像的相似块组成的矩阵;

A、进行分块:fi=Rif表示对图像进行分块,以像素位置i为中心抽取尺寸为 的块fi,Ri∈Rn×N为二值矩阵;

B、相似块匹配:相似块定义为某空间的一种距离;Rn空间的欧几里得距离;Gjf表示由相似块组成的矩阵,它是以第j个块为中心,由m个相似块组成,Gjf=[Rj1f,Rj2f,…,Rjmf]∈Rn×m;

C、低秩块去噪:首先固定f,求Fj;基于非局部低秩矩阵的图像去除泊松噪声的方法变为:在优化问题中,该问题可以通过硬门槛求解,具体形式如下:其中,Gjf=UΣVT是矩阵Gjf的SVD分解, 是关于对角矩阵Σ带参数λj的硬门槛函数;对于对角矩阵Σ中的每个对角元素Σii:D、去噪块回归:固定Fj,求f;基于非局部低秩矩阵的图像去噪算法变为:根据优化知识,其该问题最优性条件为:

其中,IT=[1,…,1]∈R1×N, 和 令 则z∈RN表示将所有 中的元素求和后放回到原始位置, 则G是对角矩阵,将G的对角元素取出,从新组成相应的向量w∈RN;因此上最优性条件可以变形为:ηwifi2-(ηzi-ηbiwi-Ii)fi-(ηbizi+gi-bi)=0,i=1,…,N从而得出

其中,pi=(ηwi)-1(ηzi-ηbiwi-Ii)和qi=(ηwi)-1(ηbizi-gi-bi)。

F、迭代回归:重复A-D步骤3~4次,每次重新分块时,令f=f+η(g-f)。