1 中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 330018
2 北方光电集团有限公司, 陕西 西安 710000
3 杭州大华仪器制造有限公司, 浙江 杭州 311400
针对传统Canny算子在滤波时会模糊边缘且需要人工设置高低阈值的缺点，提出了一种基于三维块匹配的改进自适应阈值Canny边缘检测算法，并用于太赫兹三维层析成像。该算法一方面对滤波方法进行了改进，用三维块匹配 (BM3D) 滤波算法结合引导滤波算法代替高斯滤波算法以减少图像边缘信息的丢失；另一方面，针对传统人工设定阈值的不确定性，将梯度图进行块匹配后对三维图像块组使用最大类间方差法 (OTSU) 以自适应确定高低阈值。最后利用该算法对含有噪声的图像进行边缘检测处理，发现在高斯噪声方差为20时滤波后的峰值信噪比(PSNR) 从22.202提升至27.151，验证了该算法去除噪声的有效性。三维块匹配改进自适应阈值Canny边缘检测算法 (BM-OTSU-Canny) 减少了错误边缘的数量，同时保留了连接性较好的边缘点，改善了边缘细节信息的提取效果。
图像处理 太赫兹成像 三维块匹配 Canny算法 边缘检测 image processing terahertz imaging 3D block matching Canny algorithm edge detection
1 中北大学数学学院, 山西 太原 030051
2 信息探测与处理山西省重点实验室, 山西 太原 030051
双能CT利用两组不同能谱下的衰减信息, 准确分割两种基材料。 在实际应用中, 物体内部材料结构复杂、 组分多元化, 想了解其内部结构信息往往需要获取三种及三种以上基材料图像。 常规CT是连续混合谱束, 获取的投影信息与单能重建算法不匹配, 重建图像中各基材料的衰减系数存在误差。 由于工业领域材料的密度普遍较大, 所以重建图像中基材料的噪声更严重, 影响各组分表征准确度, 尤其对于衰减系数接近的材料区分难度更大。 为实现双能数据分解得到多幅高质量基图像, 除了重建图像本身存在的噪声影响外, 材料分解模型中系数矩阵的选取也十分重要。 然而重建图像中的衰减系数值与理论衰减系数值存在偏差, 重建图像中密度接近的不同材料的衰减系数相近甚至相等, 导致待分解像素的材料三元组选取错误, 降低了材料分解精确度。 因此, 提出一种在层间约束下的三维块匹配多成分分解方法。 该方法引入有质量体积守恒和每个像素至多包含三类材料约束的多材料分解模型, 将三维结构相似性信息加入到像素材料成分选取中, 利用三维结构信息进行约束求解达到降低噪声污染的目的, 获取大致分解的初始基图像; 再利用三维块匹配方法对初始基图像进行匹配, 对各基材料图像进行三维特征约束分类, 分类后选取含有该类基材料的最优材料成分三元组进行多材料分解, 得到更准确的组分表征图。 金属纯模体和花岗岩两组实验中, 与已有方法的结果图进行对比, 层间约束下三维块匹配分解方法对衰减系数接近的工业材料的识别更准确, 各组分表征图结构更完整, 图像质量更好, 细节处理也更精确。 金属纯模体实验中的定量分析表明, 相比已有方法, 该方法的PSNR值和SSIM值分别提高了5%～6%和31%～35%。 验证了该算法的有效性和鲁棒性, 在常规CT系统下实现了更精确的多成分分解。
双能CT 多材料分解 三维块匹配 材料三元组 Dual-energy CT Multi-material decomposition 3D block matching Material triplets
红外与激光工程
2021, 50(5): 20200364
中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
为了解决数字全息中子孔径相位拼接的效率和精度问题,提出了数字全息中基于多算法融合优化的相位拼接方法来实现相位的双方向拼接。首先,在相位拼接中选用相位相关法确定重叠区域,以限定特征点检测和提取范围,从而提升特征点检测的速率和有效特征点检测的占比;然后,对重叠区域进行Harris角点检测和角点匹配,并根据角点匹配点对来缩小块匹配算法的搜索范围;最后,采用全匹配搜索算法对最佳角点匹配点对进行精确匹配,并通过加权融合实现三维形貌的再现相位拼接。实验结果表明,本文算法能够在保证较高的拼接精度的情况下,极大地提高相位拼接的效率。
杨静静 1,2,3,***王帅 1,2,**文良华 1,2,4杨平 1,2[ ... ]许冰 1,2,*
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 宜宾学院物理与电子工程学院, 四川 宜宾 644600
衍射望远镜受限于衍射效率,其成像质量受到非成像级次衍射光的影响。针对这一问题,提出了一种基于噪声自适应估计的块匹配三维协同滤波图像复原算法。首先通过主成分分析法估计出模糊图像的噪声方差,然后结合已知的点扩展函数,通过所提算法复原出清晰图像。搭建衍射望远镜成像系统并开展实验研究。数值仿真和实验结果表明,所提算法使得复原图像调制度相比退化图像提高了3.58倍,能有效改善复原图像的细节,利于暗弱目标成像。所提算法为衍射望远镜系统对暗弱目标进行高对比度成像提供了一种有效的路径。
成像系统 望远镜 去卷积 二元光学 非相干光学成像 块匹配三维协同滤波去噪 光学学报
2020, 40(14): 1411005
暨南大学信息科学与技术学院, 广东 广州 510632
采用全搜索算法可以得到运动估计的最优解,但是算法实现需要大量的运算过程。基于此,介绍一种新三步法,通过在第一次搜索时增加内环搜索,并应用中止判别技术,可实现对静止块匹配的加速,快速完成搜索过程。本算法在保证一定精度的前提下减少了搜索次数,大大提高了搜索效率。同时通过对该算法的过程进行描述,对搜索模板等进行分析,采用硬件编程语言完成现场可编程门阵列的软核设计,使用工具软件完成功能仿真。结果表明,实现该算法共占用2177个FPGA逻辑单元和37112 bit块存储器,该软核可快速实现运动向量的获取,完成搜索过程。
图像处理 运动估计 块匹配 新三步法搜索 现场可编程门阵列 激光与光电子学进展
2020, 57(4): 041001
1 西南石油大学计算机科学学院, 四川成都 610500
2 密歇根理工大学, 密歇根州霍顿 49931, 美国
互相关计算方法的性能对超声弹性成像运动的计算效率起着决定性的作用。在串行计算环境下, 基于和表的快速互相关算法在维持计算精度的同时可以获得更快的计算效率。然而, 在并行计算环境下, 尤其是 GPU平台上, 基于和表的快速互相关算法的实现以及性能还没有相关的报道。在本研究中, 以二维超声弹性成像的运动追踪应用为目标, 基于和表的快速互相关算法(ST-NCC)在 GPU平台上得以实现, 并且从计算效率及计算精度和传统的互相关算法进行了详细比较。初步结果显示, 虽然基于和表的快速互相关算法 (ST-NCC)在串行计算环境下获得了较好的计算效率, 但是在 GPU环境下, 两种方法的计算效率没有较大的差距。
散斑追踪 块匹配 归一化互相关 和表 超声弹性成像 speckle tracking block-matching normalized cross-correlation sum-table ultrasound strain elastography
1 河北大学电子信息工程学院, 河北 保定 071002
2 河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
提出了一种基于Zernike矩改进的亚像素边缘提取的工件缺陷检测算法。 对图像进行小波分解,并对分解的各频段信息分别利用不同算法进行预处理,重构图像后可以有效地滤除图像噪声,增强目标信息;利用改进的Zernike矩亚像素边缘提取算法定位图像边缘并提取特征信息,减小了边缘信息误差,能够更精确地分割出目标轮廓;通过计算连通区域几何参数及全局信息熵来判断是否存在缺陷。通过实验对算法进行了验证,结果表明,提出的算法可以降低金属高光噪声,有效地提取缺陷边缘,并且在环境光照变化时具有较强的稳健性,金属工件的缺陷检测精度得到提高。
测量 高光去噪 缺陷检测 Zernike矩 亚像素边缘提取 三维块匹配滤波算法 激光与光电子学进展
2019, 56(12): 121203
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
针对低光度条件下长曝光图像与短曝光图像的融合问题, 提出了一种基于块匹配的图像融合方法, 将低光度图像对融合成为一张更好的图像.首先提出基于金字塔多尺度模型的双向鬼影检测算法, 该算法降低了噪声和欠曝对鬼影检测的影响, 用于准确检测低光度场景中图像对之间由于物体运动造成的不一致区域; 随后利用块匹配算法重建鬼影区域; 最后运用改善边缘特性的泊松融合算法提取两次曝光图像中的信息生成结果图像.实验结果表明, 该方法有效地保留了短曝光图像的边缘锐度, 并保持了长曝光图像的色彩、亮度和细节.
图像处理 图像融合 块匹配 泊松方程 去鬼影 图像增强 图像去噪 Image processing Image fusion Patch match Poisson equation Deghosting Image enhancement Image denoising
南京工业大学计算机科学与技术学院, 江苏 南京 211816
提出了一种利用Wasserstein重心坐标作为图像描述子的图像重复区域盲检测算法。通过度量各图像块Wasserstein重心坐标间的最小欧式距离确定图像重复区域初始搜索块,再对初始搜索块进行扩展, 利用改进的PatchMatch算法寻找相关度高的图像块, 从而搜索出完整的图像重复区域。实验结果表明, 提出的基于Wasserstein直方图欧氏度量的图像重复区域盲检测算法能够检测出复制粘贴的伪造区域, 对于带有旋转和缩放等几何攻击的伪造区域检测率维持在90%以上。该算法对复制粘贴、尺度变化和旋转几何攻击具有良好的鲁棒性。
Wasserstein重心坐标 重复区域 块匹配 复制粘贴 几何变换攻击 Wasserstein barycentric coordinates image repetition detection patchmatch copy paste geometry transformation attack
