[发明专利]一种基于角度感知块匹配的图像修复方法和系统

权利要求书

1.一种基于角度感知块匹配的图像修复方法，其特征是，包括以下6个步骤：

步骤1.确定待修复区域：输入待修复图像，将待修复图像分为待修复区域Ω和源区域Φ，其中待修复区域就是图像中的缺损区域，即目标区域；目标区域与源区域的边界线为δΩ；

步骤2.初始化破损区域：将残缺图像投影到三维子空间，利用移动最小二乘法将残缺部分填充完整得到拟合后的曲面，然后将从拟合曲面上重采样像素点的值作为缺失区域中对应像素的估计值，得到初始化的图像I'；

步骤3.根据改进的优先级函数选择包含纹理信息最多的目标块将其确定为被填充的目标块：计算图像I'中边界δΩ上的所有像素点p的优先级函数值，确定以优先级最高的点为中心的目标块的大小根据点梯度值的大小动态地确定，选定的就是目前包含纹理信息最多的、将被填充的目标块，所述目标块中包括已知区域和未知区域；

步骤4.寻找最佳匹配块：在源区域中，通过多值映射函数找到与目标块大小相同、且纹理信息和几何信息都最为相似的3个源块作为匹配块，匹配块统一用Ψ_q表示；再引入角度感知的概念，对这3个匹配块分别进行多次角度旋转，然后根据相似性度量函数计算出与待填充目标块最相似的匹配块，用表示；

在源区域中，引入角度感知的概念，基于匹配块的方向角度的不同，通过多次地旋转匹配块的角度确定与待填充目标块最相似的匹配块利用了旋转函数R(·,·)旋转匹配块得到多个内容即指纹理信息和几何结构信息相同但方向不同的匹配块，根据提出的相似性度量函数求得最相似的匹配块，即最佳匹配块，块和块Ψ_q之间的相似性度量函数被定义为：

其中，τ是Jaccard相似系数，被定义为其中表示两个块中相同像素的数量，表示两个块中所有像素值之和，它用来增强块之间的相似度；τ越大，两个块之间的相似度越高；G_σ是高斯滤波，σ是标准差，σ的值在0.4到0.6之间，依据经验设置；是卷积操作；R(·,·)是旋转函数，通过旋转每个匹配块来保证匹配结果中的图案一致性；表示将被优先填充的目标块；Δθ是旋转角度，被设置为20°，旋转范围是D_SSD是两个块的梯度上的平方距离的和；η是权重参数，被设置为0.3；表示目标块的梯度，表示源块Ψ_p每次旋转之后得到块的梯度；

步骤5.填充目标块未知区域：将由步骤2得到的目标块未知区域中点的估计像素值和最相似匹配块中对应位置点的像素值取算术平均值，将此平均值填充到目标块中对应位置的待填充点；

步骤6.更新被填充点的置信度值：更新在步骤5中被填充的目标块中像素点的置信度值；

重复步骤3至步骤6，直到待修复区域被填充完整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，将待修复图像投影到三维空间，利用移动最小二乘法实现曲面拟合，然后将从拟合曲面上重采样像素点的值作为缺失区域中像素的估计值，得到初始化的图像I'，具体步骤包括：

(1)将待修复图像视为一个二维矩阵M，缺损区域即待修复区域用0进行填充；

(2)将矩阵M投影到三维空间中，其中每个像素的灰度值作为三维点的高，待修复区域在三维空间中以孔洞的形式展现，从而矩阵补全转换成孔洞填充；

(3)通过移动最小二乘法MLS进行曲面拟合，得到拟合后的曲面，缺失像素的估计值通过从拟合曲面的投影点上重采样来获得，得到初始化的图像I'。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述(3)中的通过移动最小二乘法MLS进行曲面拟合，得到拟合后的曲面的具体步骤包括：

①对待拟合区域进行网格化处理；

②确定每个网格点影响区域的面积大小；影响区域的面积大小是指以当前网格节点为圆心，固定半径长度为d的圆形区域面积；

③确定每个网格点影响区域内的所有已知像素点；

④根据每个网格点影响区域内的所有已知像素点的坐标，拟合出每个网格点的坐标；

⑤判断网格点是否全部被计算，如果是，则连接所有的网格点形成曲面，如果否，则返回②。