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数字图像修复技术研究

作　者: 窦振家
导　师: 牛夏牧
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 图像修复层次分析结构提取结构匹配
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

数字图像修复是指运用数字图像处理理论和技术填补图像中的破损区域，以恢复图像的完整性和视觉感知效果为目标，使修复之后的图像清晰自然以至于人眼无法辨别图像曾经是否缺损。数字图像修复技术在文物保护、影视特效、图像压缩等领域具有广阔的应用前景。但是，数字图像修复是一种典型的病态问题，修复算法很难对修复结果进行高效地自我反馈，导致算法普遍存在鲁棒性差、自动化程度不高等问题，距离真正意义上的实用仍存在一定距离。本文通过深入分析数字图像修复技术，提出了一种改进的基于结构补全和纹理合成的图像修复方法，最后设计并实现了一个面向应用的数字图像修复系统，而且基于该系统提出了一种图像修复算法自动选择方案。受文本语言表示及处理具有明显层次性的启发，很多研究者将图像视为一种特殊的语言，认为图像的表达及与之关联的算法和文本语言一样具有层次性。本文对目前图像修复算法进行了层次化分析，将其分为基于数据层的图像修复算法、基于结构层的图像修复算法和基于语义层的图像修复算法。这种层次化的分析不仅有助于我们系统掌握不同修复算法的本质和优缺点，而且有助于我们明确数字图像修复技术的发展趋势，使本文将研究重点集中于基于结构层的数字图像修复算法。虽然目前基于结构层的图像修复算法能够同时处理图像中的纹理和结构信息，修复效果相对较好，但是依然存在某些问题。鉴于此，本文改进了基于显著结构补全和纹理合成的图像修复算法。首先，针对显著边缘结构提取过程中阈值参数无法自动确定的缺陷，本文提出了一种基于Canny边缘检测的阈值下降式显著结构提取算法；其次改进了断裂边缘匹配距离函数，使断裂边缘的配对方案更加合理，提高了破损边缘最终的修复效果。本文设计并实现了一个以提供数字图像修复问题解决方案为目标的软件系统。该系统集成多种数字图像修复算法，可以满足基本的应用需求。针对目前图像修复算法适用范围窄、鲁棒性较差的问题，本文设计了一种图像修复算法自动选择方案。通过分析破损区域面积、紧致度及其周边区域是否具有显著结构边缘，该方案可以自动选择合适的图像修复算法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 数字图像修复问题的理论模型  10-11
  1.3 数字图像修复技术研究现状  11-14
    1.3.1 数字图像修复原则  11-12
    1.3.2 数字图像修复方法概述  12-14
    1.3.3 存在问题和困难  14
  1.4 论文研究内容和章节安排  14-16
第2章数字图像修复算法的层次化分析  16-30
  2.1 本章引言  16-17
  2.2 基于数据层的数字图像修复算法  17-22
    2.2.1 Bertalmio 的图像修复算法  17-20
    2.2.2 Criminisi 的图像修复算法  20-22
  2.3 基于结构层的数字图像修复算法  22-27
    2.3.1 基于结构和纹理分解的图像修复算法  22-24
    2.3.2 基于显著结构补全和纹理合成的图像修复算法  24-27
  2.4 基于语义层的数字图像修复算法  27-29
    2.4.1 基于学习的图像修复算法  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章基于结构层的数字图像修复算法  30-42
  3.1 本章引言  30
  3.2 改进算法  30-36
    3.2.1 基于 Canny 边缘检测的阈值下降式显著结构提取算法  30-34
    3.2.2 断裂边缘匹配距离函数的改进  34-36
  3.3 算法仿真与结果分析  36-41
    3.3.1 显著结构提取算法的测试与分析  36-38
    3.3.2 断裂边缘匹配距离函数的测试与分析  38-39
    3.3.3 综合实验结果与分析  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章数字图像修复系统的设计与实现  42-55
  4.1 本章引言  42
  4.2 系统设计  42-46
    4.2.1 系统总体框架分析与设计  42-43
    4.2.2 各功能模块详细设计  43-45
    4.2.3 系统工作流程分析  45-46
  4.3 系统实现  46-49
    4.3.1 系统开发与运行环境  46
    4.3.2 第三方库 OpenCV  46-47
    4.3.3 数字图像修复算法的统一接口  47
    4.3.4 图形化接口的实现  47-48
    4.3.5 系统运行效果  48-49
  4.4 数字图像修复算法自动选择方案  49-51
  4.5 数字图像修复算法自动选择方案测试及分析  51-54
  4.6 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

数字图像修复技术研究

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