工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建課件

1、1.聚類分析2.圖象超分辨重建技術(shù),1,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,主要內(nèi)容,1 聚類分析的相關(guān)概念 2 層次聚類法 3 k-均值聚類法 4 ISODATA法（迭代自組織數(shù)據(jù)分析法） 5 核函數(shù)聚類法,2,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,1 聚類分析的相關(guān)概念,對一批沒有標(biāo)出類別的模式樣本集，在沒有訓(xùn)練樣本情況下，按照樣本之間的相似程度分類，相似的歸為一類，這種分類稱為聚類分析，也稱為無監(jiān)督分類,聚類分析定義,3,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,影響聚類結(jié)果的因素,特征的選取 相似性測度 聚類準(zhǔn)則,4,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,相似性測度,目的：為了能將模式集劃分成不同的類別，必須定義一種相

2、似性的測度，來度量同一類樣本間的類似性和不屬于同一類樣本間的差異性。 歐氏距離 設(shè)x和y為兩個模式，其歐氏距離定義為：D = | x - y | 馬氏距離 設(shè)x是模式向量，m是均值向量，C為模式總體的協(xié)方差矩陣，則馬氏距離的表達(dá)式,5,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,聚類準(zhǔn)則,1、誤差平方和準(zhǔn)則： 將樣本分成c個子集D1, , Dc，ni為第i個子集的樣本數(shù)，mi為樣本均值： 誤差平方和準(zhǔn)則,6,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,2.散布矩陣,類內(nèi)散布矩陣： 類間散布矩陣： 總體散布矩陣,7,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,幾種基于散布矩陣的散布準(zhǔn)則,8,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,2 層次聚類法,

3、Step1：每個樣本為一類。 Step2：最近的兩類合并。直到到達(dá)所 設(shè)類別數(shù)或只剩一類,基本原理,9,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,層次聚類示意圖,10,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,層次聚類的相關(guān)問題,應(yīng)分幾類？ 兩類的距離？ 最近距離： 最遠(yuǎn)距離： 平均距離,11,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,層次聚類的特點,層次聚類不用初始化聚類中心，因此聚類結(jié)果不受初始聚類中心的影響； 需要定義類別之間的相似性度量； 當(dāng)樣本數(shù)比較多時，算法的計算量比較大。 聚類結(jié)果是對平方誤差準(zhǔn)則函數(shù)的貪心優(yōu)化結(jié)果,12,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,3 k-均值聚類法,參數(shù)初始化：樣本數(shù)n，聚類數(shù)c，初始聚類中心

4、m1, , mc； 執(zhí)行 i)按照最近鄰mi分類n個樣本； ii)重新計算聚類中心m1, , mc； 直到 mi不再改變,13,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,k-均值聚類的特點,k-均值算法可以看作是對平方誤差準(zhǔn)則函數(shù)的貪心搜索算法； 聚類結(jié)果受初始聚類中心的選擇影響很大，不同的初始聚類中心會導(dǎo)致不同的聚類結(jié)果。 如果模式樣本可以形成若干個相距較遠(yuǎn)的孤立的區(qū)域分布，一般都能得到較好的收斂效果。 K-均值算法比較適合于分類數(shù)目已知的情況,14,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,4 ISODATA法,與K-均值算法的比較 考慮了類別的合并與分裂，最近的兩類合并，類內(nèi)方差大，樣本數(shù)多的類別進行分裂。 K

5、-均值算法通常適合于分類數(shù)目已知的聚類，而ISODATA算法則更加靈活； 從算法角度看， ISODATA算法與K-均值算法相似，聚類中心都是通過樣本均值的迭代運算來決定的； ISODATA算法加入了一些試探步驟，并且可以結(jié)合成人機交互的結(jié)構(gòu)，使其能利用中間結(jié)果所取得的經(jīng)驗更好地進行分類,15,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,基本算法步驟,1）選擇某些初始值，包含類別數(shù)、各類別中心以及各類別的初始聚類。 （2）計算各類中諸樣本的距離指標(biāo)函數(shù)。 （3）按給定的要求，將前一次獲得的聚類集進行分裂和合并處理，從而獲得新的聚類中心。 （4）重新進行迭代運算，計算各項指標(biāo)，判斷聚類結(jié)果是否符合要求。經(jīng)過多次

6、迭代后，若結(jié)果收斂，則運算結(jié)束,16,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,博士期間主要工作,1、基于前后向擴散的圖像去噪與增強技術(shù) 2、基于頻譜擴展與補償?shù)膯螏直婕夹g(shù) 3、兩幀至多幀頻域解混疊超分辨技術(shù) 4、改進的Poisson MAP超分辨重建技術(shù) 5、改進的POCS超分辨重建技術(shù) 6、PMAP/POCS融合超分辨重建技術(shù) 7、基于BPNN與RBF的超分辨重建技術(shù) 8、提出一種發(fā)光標(biāo)志器光學(xué)強度的計算方法（利 用平面積分，柱面積分和圓錐積分從接收到的平面圖像像素灰度值來計算遠(yuǎn)處標(biāo)志燈的發(fā)光強度）,17,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,參與項目,作為主要成員之一，參與了總裝“十一五”預(yù)研項目“遙感

7、圖象超分辨處理技術(shù)”的研究，主要負(fù)責(zé)其頻空域超分辨重建技術(shù)的開發(fā)研究及其算法軟件模塊的設(shè)計和調(diào)試。 作為主要成員之一，參與了總裝項目“遙感圖象復(fù)原及信息增強處理系統(tǒng)”的立項工作，主要負(fù)責(zé)單幀圖象復(fù)原與超分辨處理算法及軟件模塊的編制和調(diào)試等工作。 作為成員之一，參與了國家921二期工程關(guān)鍵項目交會對接CCD光學(xué)成像敏感器目標(biāo)標(biāo)志器及相機窄帶干涉濾光片的研制，從事電、光、機設(shè)計中數(shù)據(jù)處理算法的研究、計算分析及試驗驗證工作,18,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,1.圖像超分辨重建的概念和理論基礎(chǔ),圖象超分辨重建技術(shù)是指由一幀或多幀同一目標(biāo)的低分辨率圖象來重建一幀高分辨率圖象的技術(shù)，它不改變成像系統(tǒng)的硬

8、件,超分辨的概念,提高圖象分辨率的兩個途徑：改善硬件設(shè)備和超分辨重建,19,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,4) 先驗信息,3) 亞像素位移,2) 頻譜混疊理論,1) 解析延拓理論 若解析函數(shù)在某一有限區(qū)間上的取值已知，就會處處已知,理論基礎(chǔ),20,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,1)視頻監(jiān)控領(lǐng)域 (2)軍事遙感偵察領(lǐng)域 (3)資源與環(huán)境的遙感應(yīng)用領(lǐng)域 (4)醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域 (5)其它領(lǐng)域,應(yīng)用領(lǐng)域,21,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,2. 基于頻譜擴展與補償?shù)膯螏直婕夹g(shù),振鈴出現(xiàn)的原因,22,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,b) 一維抑制振鈴濾波器,c) 一維超分辨處理后的頻譜,基本原理,23,

9、工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,抑制振鈴的基礎(chǔ)函數(shù),式中，n為頻譜點，A為實際的插值倍數(shù)，p是與振鈴程度有關(guān)的控制參數(shù),24,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,P值的自適應(yīng)設(shè)置,25,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,P值示意圖,26,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,頻譜擴展與補償濾波器,27,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,一維數(shù)據(jù)實驗結(jié)果,a,b,c,28,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,二維圖像實驗結(jié)果,a,b,c,29,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,a)原3m的測試圖象 b)處理后的圖象 c)原2m的測試圖象,對3米分辨率圖象的實驗結(jié)果-1,30,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,a)原3m的測試圖象 b

10、)處理后的圖象 c)原2m的測試圖象,對3米分辨率圖象的實驗結(jié)果-2,31,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,a)原2m的測試圖象 b)處理后的圖象 c)原1.6m的測試圖象,對2米分辨率圖象的實驗結(jié)果-1,32,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,對2米分辨率圖象的實驗結(jié)果-2,a) 原2m的測試圖象 b)處理后的圖象 c)原1.6m的測試圖象,33,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,3. 多幀頻域解混疊超分辨重建技術(shù),頻域解混疊的理論基礎(chǔ) 頻域解混疊的數(shù)學(xué)模型 頻域解混疊迭代計算模型 限制條件的突破技術(shù) 實驗結(jié)果與分析,34,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,1、采樣定理 2、CFT與DFT的混疊關(guān)系 3、

11、CFT與DFT的位移性質(zhì),頻域解混疊的理論基礎(chǔ),35,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,頻域解混疊的數(shù)學(xué)模型,36,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,頻域解混疊的迭代計算模型,37,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,輸入圖象的幀數(shù)不少于4幀； 輸入圖象的亞像元位移滿足一定的要求,頻域解混疊的四個限制條件,平行于坐標(biāo)x軸和y軸的幀間平移點對數(shù)不多于2； 對稱于直線y=x的幀間平移點對數(shù)不多于2,輸入圖象的噪聲是加性的； 輸入圖象的模糊是LSI的,38,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,幀數(shù)限制條件的突破,39,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,幀間位移條件的突破-LR幀挑選,a) 第一幀,b) 第二幀,40,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,改進頻域解混疊算法,41,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,模擬實驗結(jié)果,a,b,c,42,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,2米等級圖像實驗結(jié)果,a) 原2m的測試圖象 b)處理后的圖象 c)原1.4m的測試圖象,43,工學(xué)試講圖像復(fù)原與超分辨重建,3米等級圖像實驗結(jié)果,a) 原3m的測試圖象 b)處理后的圖象 c)原1.7m的測