The geometric high-order regularization methods such as mean curvature and Gaussian curvature, have been intensively studied during the last decades due to their abilities in preserving geometric properties including image edges, corners, and contrast. However, the dilemma between restoration quality and computational efficiency is an essential roadblock for high-order methods. In this paper, we propose fast multi-grid algorithms for minimizing both mean curvature and Gaussian curvature energy functionals without sacrificing accuracy for efficiency. Unlike the existing approaches based on operator splitting and the Augmented Lagrangian method (ALM), no artificial parameters are introduced in our formulation, which guarantees the robustness of the proposed algorithm. Meanwhile, we adopt the domain decomposition method to promote parallel computing and use the fine-to-coarse structure to accelerate convergence. Numerical experiments are presented on image denoising, CT, and MRI reconstruction problems to demonstrate the superiority of our method in preserving geometric structures and fine details. The proposed method is also shown effective in dealing with large-scale image processing problems by recovering an image of size $1024\times 1024$ within $40$s, while the ALM method requires around $200$s.


翻译:在过去几十年中,由于具有保存几何特性的能力,包括图像边缘、角和对比度,对诸如平均曲律和高斯曲线等几何高阶正规化方法进行了深入研究。然而,恢复质量和计算效率之间的两难是高阶方法的基本障碍。在本文件中,我们提出了快速多格算法,以尽量减少平均曲律和高斯曲律功能,同时又不牺牲效率的精确度。与基于操作员分裂和拉格朗加法(ALM)的现有方法不同,在我们的配方中没有人为参数,这保证了拟议算法的稳健性。与此同时,我们采用了域分解法,以推广平行计算,并使用细至粗结构加速汇合。在图像分解、CT和MRI重建问题上提出了数字性实验,以显示我们在维护几何结构和详细细节方面的优势。拟议方法还表明,通过恢复1024美元大小的图像处理问题,处理大规模图像的方法是有效的,需要大约40美元AL24美元,同时需要大约40美元的ALM方法。</s>

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