[发明专利]基于可变规模过完备字典的非凸压缩感知图像重构方法

摘要

本发明公开了一种基于可变规模过完备结构字典的非凸压缩感知图像重构方法。主要解决现有技术运行速度慢，不利于实时应用的问题。其实现步骤为：对图像进行分块后观测，并标记每个观测向量对应的图像块；对观测向量进行聚类，并为每个聚类对应的图像块构造过完备结构字典和遗传初始种群；利用遗传优化算法获得每一类观测向量对应的图像块在字典方向上的最优原子组合；利用克隆选择优化算法获得每一个单方向和多方向图像块在尺度和位移上的最优原子组合；根据各个图像块的最优原子组合，计算各个图像块的估计值；将图像块的估计值按顺序拼接，得到重构图像。本发明具有重构效果好，速度快的优点，可用于自然图像的压缩感知重构。

主权项

一种基于可变规模过完备字典的非凸压缩感知图像重构方法，包括如下步骤：(1)输入一幅自然图像，对其进行分块后得到一组图像块，再对每个图像块进行随机观测，得到各个图像块的观测向量；(2)分别对每个观测向量对应的图像块进行标记，其标记的标签为光滑、单方向和多方向三类，并为每个标记为单方向的图像块指定一个方向字典；(3)对所有观测向量进行聚类，并对每个聚类进行标记；(4)为每一类观测向量所对应的图像块构造一个过完备字典：对于标记为光滑的每一类观测向量，把已有的脊波过完备字典按尺度分为15个子字典，再把它们按尺度从大到小的顺序排列，将前7个子字典组合成光滑字典，并将光滑字典指定为该光滑类对应的图像块的过完备字典；对于标记为单方向的每一类观测向量，将在步骤(2)得到的该类对应的单方向图像块的方向字典组合成一个新的字典，并将这个新的字典用作该类对应的图像块的过完备字典；对于标记为多方向的每一类观测向量，将已有的脊波过完备字典用作该类对应的图像块的过完备字典。(5)根据步骤(4)得到的过完备字典，为不同标记的每一类观测向量所对应的图像块构造遗传初始种群：(5a)对于标记为光滑的每一类观测向量，根据该类的过完备字典，采用随机方式得到该类的遗传初始种群；(5b)对于标记为单方向的每一类观测向量，根据该类的过完备字典中的各个方向字典，得到该类的遗传初始种群；(5c)对于标记为多方向的每一类观测向量，根据该类的过完备字典，采用在字典方向上均匀采样的方式，得到该类的遗传初始种群；(6)分别利用遗传优化算法对步骤(5)中的每一个遗传初始种群进行遗传交叉、遗传变异和遗传选择这三种操作，获得每一类观测向量对应的图像块在字典方向上的最优原子组合；(7)对于每一个光滑图像块，根据其获得的最优原子组合，计算该图像块的估计值；(8)对于每一个单方向和多方向图像块，根据其获得的最优原子组合，构造该图像块的克隆初始种群；(9)分别利用克隆选择优化算法对步骤(8)的每一个克隆初始种群进行克隆、克隆变异和克隆选择这三种操作，获得每个单方向和多方向图像块在尺度和位移上的最优原子组合；(10)对于每个单方向和多方向图像块，根据在步骤(9)获得的最优原子组合，计算该图像块的估计值；(11)将在步骤(7)获得的光滑图像块的估计值，以及在步骤(10)获得的单方向和多方向图像块的估计值按顺序拼接起来，得到重构图像。