项目名称: 基于高阶信息和深度表示的图像复原研究

项目编号: No.61502495

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 计算机科学学科

项目作者: 胡文锐

作者单位: 中国科学院自动化研究所

项目金额: 21万元

中文摘要: 图像复原作为典型病态求逆问题,需要利用先验知识建模来转变为良态适定问题求解。现有图像模型中,基于一阶梯度或矩阵谱分布正则化的图像模型忽略图像高阶特性,而基于浅层人工神经网络的图像模型不能表示图像深层特征,探索图像高阶先验建模和深层特征表示在图像复原中的作用成为当前图像复原领域研究热点。本项目旨在提出一种结合高阶正则化和深度学习的图像复原算法,从先验模型、关键技术、实例验证三方面开展“高阶信息+深度表示”图像复原研究。首先,研究高阶和深度图像模型之间的信息互补机制及其复原统一框架,为所提算法提供理论与模型基础;其次,研究自适应高阶变分正则化、高阶张量自适应谱正则化与深度纹理先验学习关键技术,实现退化图像模糊和噪声去除以及分辨率增强;最后,进行大气湍流退化图像复原应用,验证提出的理论与关键技术。通过上述研究,突破图像低阶先验模型和浅层特征表示限制,对图像复原理论和应用具有重要意义。

中文关键词: 图像复原;高阶变分模型;低秩张量恢复;深度学习

英文摘要: Image restoration is a typically ill-posed and inverse problem, which can be solved by changing into well-posed problem with the prior model. Among these image models, the regularization model, which is based on the distribution of one-order gradients or matrix spectrum, ignores the higher-order image property, while the shallow model, which is based on artificial neural network, cannot represent the deep image features. Therefore, exploring the higher-order prior model and the deep feature representation for image restoration becomes the hot spot in the current image restoration research field. This project aims to propose an image restoration algorithm combining high-order regularization and deep learning, and we will do research in “Higher-order information + Deep representation” image restoration from three aspects of the prior modeling, key technologies and typical examples for verification. First, study the information complementary mechanism between higher-order and deep image models and propose the unified framework based on these two kind of models, as the theoretical basis of the proposed algorithms. Secondly, study the following key technologies for image deblur, denoise and resolution enhancement: the adaptive regularization based on higher-order variation, the adaptive regularization based on the spectrum of higher-order tensor, and the prior learning of deep textures. Finally, verify the proposed theories and key technologies by the application in restoring the image degraded by the atmosphere turbulence. Through these researches above, to push the limits of the lower-order prior model and shallow feature representation, has great significance to satisfy the needs of image restoration theory and application development.

英文关键词: image restoration;higher-order variation model;low-rank tensor recovery;deep learning

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图像复原(image restoration)即利用退化过程的先验知识,去恢复已被退化图像的本来面目。图像复原技术主要是针对成像过程中的“退化”而提出来的,而成像过程中的“退化”现象主要指成像系统受到各种因素的影响,诸如成像系统的散焦、设备与物体间存在相对运动或者是器材的固有缺陷等,导致图像的质量不能够达到理想要求。
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