二阶广义全变分耦合非局部变换域模型的图像放大
2021年电子技术应用第11期
海 涛1，2，3，鲍宜帆4，5，潘浩浩1
1.南阳师范学院 机电工程学院，河南 南阳473061； 2.河南省毫米波无线通信射频前端及天线工程研究中心，河南 南阳473061； 3.河南省车辆零部件智能制造工程研究中心，河南 南阳473061； 4.南京理工大学 光电学院，江苏 南京210094；5.南阳农业职业学院，河南 南阳473061
摘要： 为了提高偏微分方程放大算法对弱边缘和纹理细节的放大效果，采用二阶广义全变分耦合非局部变换域模型,提出了一种图像放大算法模型。非局部变换域模型通过对相似图像块构成的图像组进行三维变换，利用由于图像非局部自相似特性导致的变换系数稀疏特性建模，能够很好利用图像中相似图像块的非局部信息。该算法利用二阶广义全变分模型增强强边缘，非局部变换域模型增强弱边缘和纹理细节，通过变分模型实现两者的耦合，具有良好的放大效果。与其他算法进行仿真实验比较，二阶广义全变分耦合非局部变换域模型在处理强边缘、弱边缘和细节上都取得了较好的放大效果。
中圖分類號： TN911.73
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200771
中文引用格式： 海濤，鮑宜帆，潘浩浩. 二階廣義全變分耦合非局部變換域模型的圖像放大[J].電子技術應用，2021，47(11)：90-94，104.
英文引用格式： Hai Tao，Bao Yifan，Pan Haohao. Image enlargement basing on second order total generalized variation coupling to non-local transform domain model[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(11)：90-94，104.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200771
中文引用格式： 海濤，鮑宜帆，潘浩浩. 二階廣義全變分耦合非局部變換域模型的圖像放大[J].電子技術應用，2021，47(11)：90-94，104.
英文引用格式： Hai Tao，Bao Yifan，Pan Haohao. Image enlargement basing on second order total generalized variation coupling to non-local transform domain model[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(11)：90-94，104.
Image enlargement basing on second order total generalized variation coupling to non-local transform domain model
Hai Tao1，2，3，Bao Yifan4，5，Pan Haohao1
1.Mechanical and Electrical Engineering Institute，Nanyang Normal University，Nanyang 473061，China； 2.Henan Engineering Research Center for Radio Frequency Front End and Antenna of Millimeter Wave Wireless Communication System，Nanyang 473061，China； 3.Henan Intelligent Manufacturing Engineering Research Center for Vehicle Parts，Nanyang 473061，China； 4.Electro Optic Institute，Nanjing University of Science & Technology，Nanjing 210094，China； 5.Nanyang Vocational College of Agriculture，Nanyang 473061，China
Abstract： In order to improve the zoomed effect of the weak edge and texture of image,the image enlargement model is proposed based on partial differential equation, combining total generalized variation and non-local transform domain model . Using the non-local self-similarity property of the image through the three dimension transform of the group composed of similar image block, the sparse representation model in transform domain utilizes non-local information of the image effectively.Total Generalized Variation enhancing strong edges better and non-local transform domain model enhancing the weak edge and texture details better, the proposed model has better performance. Compared with other algorithms, the second-order generalized total variation coupling to non-local transform domain model achieves better amplification effect in dealing with strong edges, weak edges and details.
Key words : total generalized variation；non-local transform domain model；non-local self-similarity；image enlargement
0 引言
圖像放大實現了單幅圖像分辨率增強，在圖像處理中有廣泛應用。利用全變分TV模型(Total Variation，TV)對圖像進行放大[1]，在圖像邊緣處理上有較好的處理效果，在平滑圖像存在階梯效應的不足。Bredies提出了廣義全變分(Total Generalized Variation，TGV)，是對全變分模型擴展的新模型[2]，解決了圖像在平滑區域的階梯效應，可以逼近高階多項式，并且具備下半連續性，凸性和旋轉不變性。TGV在圖像放大中得到應用，并取得了較好的效果[3]。
TGV雖然較好地避免了階梯效應，但是在弱邊緣和細節部分處理效果提升并不大[4]。文獻[5]采用TGV和剪切波相結合的方法改善弱邊緣和細節的增強；文獻[6]提出了加權TGV模型用于圖像放大，增強其對弱邊緣和細節的處理效果，通過非局部廣義全變分實現對光流圖形進行處理，很好地解決了弱邊緣和細節處理效果。本文通過實現TGV與非局部變換模型相結合的方法實現對圖像弱邊緣和細節的分辨率增強。
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作者信息：
海 濤1，2，3，鮑宜帆4，5，潘浩浩1
(1.南陽師范學院 機電工程學院，河南 南陽473061；
2.河南省毫米波無線通信射頻前端及天線工程研究中心，河南 南陽473061；
3.河南省車輛零部件智能制造工程研究中心，河南 南陽473061；
4.南京理工大學 光電學院，江蘇 南京210094；5.南陽農業職業學院，河南 南陽473061)
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