TOP20毕业设计_图像超分辨率算法与硬件实现研究.doc文档免费在线阅读

论文研究和分析了批经典的图像插值算法，包括空间域算法和空间频率域算法，线性空间移不变插值算法和自适应插值算法。

论文提出种基于有理滤波的自适应模糊消除算子，分析了算子的空间域和空间频率域特性。

论文将线性移不变插值自适应模糊消除算子对比度约束迭代计算和双通道处理技术结合起来，形成种自适应的图像插值解决方案。

将该方案应用于低档数字相机图像的处理，提高了图像品质。

论文首先研究图像插值理论。

通过分析实际图像获取系统，建立图像的降质模型和插值重建模型，并对比研究了常见的图像插值问题仿真模型。

阐述了单帧图像超分辨率问题的病态性和基于图像插值的超分辨率技术的可行性和局限性。

在香农采样定理的框架下，论文从空间域和空间频率域两方面系统介绍了传统的线性移不变插值算法。

空间域方法主要介绍了最近邻插值线性插值三次卷积插值多项式插值样条插值和高斯插值等。

空间频域方法主要介绍了频谱补零样本插零低通等。

通过对传统的线性移不变图像插值算法的分析，归纳了线性移不变图像插值的共同技术缺陷和它们的理论成因。

然后，论文详细介绍了双通道插值分形插值小波插值定向插值偏微分方程插值有理插值等现代自适应图像插值技术，讨论了各算法的优势和局限性。

自适应插值技术的插值效果比线性移不变插值技术有了较大的改善，但算法复杂计算量大，在实际图像处理系统中应用困难。

因而，通过消除线性移不变算法造成的边缘细节模糊改善插值图像品质的插值后处理技术得到了发展。

有理滤波器引入被滤波信号的局部统计量调节滤波系数，能够适应不同的信号特征，具有很强的自适应能力。

论文提出种有理滤波模糊消除算子，并推导了算子的二维形式。

对维阶跃信号和二维阶跃信号的插值重建仿真实验验证了算子的自适应模糊消除能力。

论文进步提出了种基于该模糊消除算子的图像插值解决方案。

方案中引入图像整体对比度约束，使处理结果具有足够的清晰度。

采用双通道的处理方法，避开对插值图像的低频成分图像背景的滤波增强，保持了插值结果在背景区域的高阶平滑并减少了算法计算量。

论文工作对大量自然图像进行了插值重建仿真实验和插值算法对比实验。

通过实验图像频谱的视觉对比及图像分辨率峰值信噪比值等客观图像质量指标，评价了插值方案的图像重建性能。

最后，论文将自适应图像插值方案应用于实验相机图像的分辨率增强，解决了算法处理彩色图像的问题，并进步提高了图像处理效率。

论文在提出自适应插值模糊消除算法的基础上，形成了套针对实验相机图像的插值放大和分辨率提升方案，将该方案所涉及的算法集成到数码相机后台软件中，可以改善图像视觉质量，提高相机的性价比。

本文链接授权使用西安交通大学，授权号下载时间年月日华中科技大学博士学位论文图像超分辨率算法与硬件实现研究姓名肖建平申请学位级别博士专业微电子学与固体电子学指导教师邹雪城摘要本文首先介绍图像超分辨处理的研究目的和意义，图像超分辨率算法的研究现状，在此基础上着重研究了适应于不同应用场合的单帧图像超分辨图像算法及多帧图像超分辨率算法的数学原理，验证方法，评价手段及软硬件实现方法。

尽管单帧图像插值算法在原理上分析是个典型的病态问题，但在源图像信噪比高放大比例在定范围的情况下仍可满足实际应用的需求，尤其是在实时应用条件下或图像处理芯片设计中仍被广泛采用。

文章回顾了传统的线性插值方法，包括理想插值最近邻插值双线性插值四点双三次插值六点双三次插值的数学表示方法及各自的频率特性。

针对线性插值函数中低次插值方法获得的超分辨图像效果不理想高次插值方法复杂度高以及基于统计理论的单帧图像超分辨率算法不便于硬件实现这些特点，提出了种算法复杂度低于双三次插值算法，而处理效果优于双三次插值算法的自适应牛顿插值算法，对其进行验证。

多帧图像超分辨率算法利用序列图像之间包含相似但不完全相同的互补图像信息重构高分辨率图像，通常包含频域超分辨率重构及空域超分辨率图像重构。

空域重建算法将插值迭代滤波和重采样放在起处理，可以采用更广泛的观测模型。

为此，本文提出了种空域多帧图像超分辨率处理算法基于三角剖分的多帧图像超分辨率算法。

该算法在空间不规则采样点的三角剖分的基础上，对各顶点进行梯度估计，将每个三角块区域采用双变量多项式进行拟合，获得个连续且连续可微的曲面，然后对拟合曲面重采样，可获得任意比例的高分辨率图像。

为了能有效的验证多帧图像超分辨率算法的有效性，设计了种可由理想高分辨率图像产生低分辨率图像序列的相机运动模型，这样可以获得低分辨图像序列在高分辨网格上的配准参数，不必考虑影响低分辨率图像配准的各种因素，使多帧图像超分辨率算法的验证更具针对性。

通过以上方法产生了几组不同的低分辨率图像序列，进行了如下对比实验具有相同帧数但分辨率不同的低分辨率源图像序列的超分辨率重构具有相同分辨率但采用不同帧数的低分辨率序列图像的超分辨重构。

实验结果表明，低分辨率源序列图像的质量对超分辨率结果将产生关键性的影响参与运算的序列图像的帧数越多，超分辨处理所得的高分辨图像视觉效果越好，但随着帧数的增加，视觉效果改善并不明显。

图像质量评价作为图像处理系统及图像处理算法的性能预测的重要手段，分为主观评价方法及客观评价方法。

主观评价方法可操作性差，常在实验室采用。

基于误差统计的图像质量客观评价传统方法如和目前被广泛应用于各种因素引起的退化图像的质量评价，些情况下，其判断结果基本与图像主观视觉效果致。

但在些特定条件下，这类基于误差统计的评价方法对图像质量的评价完全失效。

为此研究了种基于图像结构的质量评价方法，并对判断失效的几个实验结果采用基于图像结构的图像质量方法进行验证，获得了与图像主观质量致的评价结果。

图像超分辨率的非实时处理已不能满足实际应用的需求，超分辨率处理的专用芯片应用也日益广泛。