一种边缘先验引导的单帧遥感图像超分辨率处理方法

摘要

一种边缘先验引导的单帧遥感图像超分辨率处理方法，将待处理图像的边缘细节作为先验，对经过插值生成的中间图像进行高频信息恢复，以避免细节丢失或模糊。该方法基于正则优化理论，提供了一种单帧图像超分辨率处理机制，同时能够有效地提升图像细节描述能力、改善影像质量，对数据量大的遥感图像并行能力好，执行效率高。

主权项

一种边缘先验引导的单帧遥感图像超分辨率处理方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获取原始图像I_L，并对I_L进行分块，对I_L的分块图像进行索引并记为SubI_L；(2)根据超分辨率倍数m，对每一个SubI_L进行插值，得到分块图像SubI_Htmp，SubI_Htmp的集合构成过程图像I_Htemp；(3)针对任意SubI_L及其对应插值后的SubI_Htmp，均执行以下的操作：(3.1)按超分辨率倍数m，形成模糊滤波器h，利用h对SubI_L和SubI_Htmp分别进行卷积，并在卷积的基础上分别计算SubI_L的行方向边缘图SubL_ex，列方向边缘图SubL_ey，以及SubI_Htmp的行方向边缘图SubHtmp_ex，列方向边缘图SubHtmp_ey；(3.2)对SubL_ex按像素求绝对值，并按最大最小值进行线性拉伸得到线性边缘图|SubL_ex|_lin，$|{\mathrm{SubL}}_{\mathrm{ex}}{|}_{\mathrm{lin}}=\frac{\left|{\mathrm{SubL}}_{\mathrm{ex}}\right|-{\mathrm{Min}}_{\mathrm{ex}}}{{\mathrm{Max}}_{\mathrm{ex}}-{\mathrm{Min}}_{\mathrm{ex}}}$其中，像素绝对值最大值Max_ex＝Max(|SubL_ex|)，像素绝对值最小值Min_ex＝Min(|SubL_ex|)；然后对SubL_ey、SubHtmp_ex、SubHtmp_ey执行相同的操作，得到对应的线性边缘图|SubL_ey|_lin、|SubHtmp_ex|_lin和|SubHtmp_ey|_lin；(3.3)分别计算线性边缘图|SubL_ex|_lin，|SubL_ey|_lin、|SubHtmp_ex|_lin和，|SubHtmp_ey|_lin的方差L_vx、L_vy、Htmp_vx、Htmp_vy，并求取梯度场转移参数L_var与H_var，其中：L_vx＝std(|SubL_ex|_Lin)L_vy＝std(|SubL_ey|_lin)Htmp_vx＝std(|SubHtmp_ex|_lin)Htmp_vy＝std(|SubHtmp_ey|_lin)L_var＝0.5(L_vx+L_vy)H_var＝0.5(Htmp_vx+Htmp_vy)其中std表示方差计算；(3.4)采用一阶微分计算SubI_Htmp的行方向梯度场Htmp_Gx和列方向梯度场Htmp_Gy，完成梯度场转移，其中：${\mathrm{Htmp}}_{\mathrm{Gx}}={\mathrm{SubI}}_{{\mathrm{Htmp}}_x}-{\mathrm{SubI}}_{{\mathrm{Htmp}}_{x-1}}$${\mathrm{Htmp}}_{\mathrm{Gy}}={\mathrm{SubI}}_{{\mathrm{Htmp}}_y}-{\mathrm{SubI}}_{{\mathrm{Htmp}}_{y-1}}$梯度场转移后${\mathrm{Htmp}}_{\mathrm{Gx}}={\mathrm{Htmp}}_{\mathrm{Gx}}*\mathrm{varf}*e^{\frac{-{\mathrm{dist}}_x^2}{L_{\mathrm{var}}}}/e^{\frac{-{\mathrm{dist}}_x^2}{H_{\mathrm{var}}}}$$\mathrm{varf}=\frac{H_{\mathrm{var}}}{L_{\mathrm{var}}},{\mathrm{dist}}_x=0.5\left(\right|{\mathrm{SubHtmp}}_{{\mathrm{ex}}_x}{|}_{\mathrm{lin}}+\left|{\mathrm{SubHtmp}}_{{\mathrm{ex}}_{x-1}}{|}_{\mathrm{lin}}\right)$${\mathrm{Htmp}}_{\mathrm{Gy}}={\mathrm{Htmp}}_{\mathrm{Gy}}*\mathrm{varf}*e^{\frac{-{\mathrm{dist}}_y^2}{L_{\mathrm{var}}}}/e^{\frac{-{\mathrm{dist}}_y^2}{H_{\mathrm{var}}}}$${\mathrm{dist}}_y=0.5\left(\right|{\mathrm{SubHtmp}}_{{\mathrm{ey}}_y}{|}_{\mathrm{lin}}+\left|{\mathrm{SubHtmp}}_{{\mathrm{ey}}_{y-1}}{|}_{\mathrm{lin}}\right)$式中角标x和x‑1表示行方向的相邻两行，角标y和y‑1表示列方向的相邻两列；(3.5)根据转移后的梯度场，利用稀疏矩阵求解器解算标准Poisson图像方程，得到新的高分辨率图像子块SubI_C；(3.6)采用迭代后向投影对SubI_C与SubI_L进行迭代投影，得到超分结果图像子块记为SubI_H；(4)对步骤(3)获得的全部SubI_H进行图像拼接，得到I_L的超分辨率结果图像I_H。