非局域样本填充和自适应曲率驱动模型的遥感图像修复算法

遥感图像修复技术对于后续遥感图像的处理与应用具有重要意义.文中在深入研究曲率驱动(CDD)模型和样本填充算法的基础上,针对遥感图像对纹理细节和边缘区域要求较高的特点,提出非局域样本填充和自适应曲率驱动模型的遥感图像修复算法.该算法较好地避免CDD模型修复过程中在一些极端情况下可能出现的假边缘、阶梯效应和扩散速度缓慢等缺点,保证遥感图像修复后的纹理细节信息和边缘信息.仿真实验验证文中算法的有效性.

基于双十字曲率驱动扩散模型的图像修复算法

当前各种基于曲率驱动扩散(CDD)模型的图像修复算法在修复待修复点时均只利用了其邻域中的4个点的参考信息,使修复后的图像边缘过渡不自然且修复精度不够高。针对以上问题,提出了基于双十字CDD的图像修复算法。该算法在充分利用原始CDD算法中4个邻域点的参考信息得到待修复点的修复像素值的基础上,再利用新引入的4个点的参考信息得到一个新的修复像素值,并将这两个修复像素值进行加权平均得到最终的修复像素值。最后,将提出的算法和原始的CDD算法以及改进的CDD算法用于实例验证,其结果表明,新提出的算法在不增加算法时间复杂度的条件下,使得图像边缘过渡更加自然,修复精度得到了有效提高。

改进曲率驱动模型的敦煌壁画修复算法

针对敦煌壁画裂纹形状复杂、划痕不规则,采用CDD曲率扩散算法修复时易出现假边缘、阶梯效应以及修复时间长的问题,提出一种改进曲率驱动模型的自适应敦煌壁画修复算法.首先对CDD算法中梯度消失问题进行改进,使扩散项更加合理;然后引入自适应控制策略,壁画破损区域曲率不同时能够选择不同的修复模型进行动态自适应控制修复;最后利用光滑函数进行角点扩散修复,达到去噪和保护边缘的目的.对真实敦煌壁画进行数字化修复的实验结果表明,该算法较好地解决了CDD算法的边缘过渡不自然以及修复时间过长的问题,在PSNR和修复时间评价指标上均优于其他对比算法.

曲率驱动扩散修复模型的数值分析与实验

当物体破损区域的宽度大于物体的窄带宽度时,总体变分修复模型不能满足"连接性准则",针对这个缺点,Chan和Shen提出了基于曲率驱动扩散(CDD)修复模型.对此模型的数学公式进行理论分析及其离散化,得出关键性的迭代公式,并通过实验得出结论:CDD模型具备了修复较大的破损区域及细小边缘的能力.

基于CDD模型的快速图像修复算法

为对图像的缺损部分进行快速自动修复,提出了一种基于曲率驱动修复模型的快速图像修复算法。曲率驱动修复模型由于引入了曲率项,使其偏微分方程为高阶,修复时需要数值求解偏微分方程,大量迭代运算导致修复速度非常缓慢。为加快修复速度,算法将模型的偏微分方程数值化,进一步改造成加权平均形式,利用邻近已知像素直接合成损坏像素,加权系数由曲率和梯度共同确定,使修复按照图像等照度线方向进行,在曲率大的地方将等照度线拉伸,同时由待修复点邻域内已知像素的梯度方差确定修复次序。实验结果表明,显著减小了运算时间,一定程度满足"连接性准则",并且对于较小破损区域修复效果好于曲率驱动修复模型。

CDD模型的PDE推导及其数值实现

CDD模型是在全变分(TV)去噪模型基础上发展而来的一个图像修复模型。对变分修复模型做一个综述,详细阐述CDD修复模型的构造过程,用变分法推导出与之相应的偏微分方程(PDE),并用半点中心差分法对该模型进行数值仿真。摘要:

一种新型螺旋变形软体驱动器建模方法及应用

软体驱动器的变形方式主要为弯曲、伸缩变形,限制了软体驱动器的灵活性。为了提高软体驱动器的操作灵活性,提出一种新型的螺旋扭转变形软体驱动器。通过拉线驱动软体变形,骨架限制驱动器产生螺旋变形,实现驱动器末端在三维空间中的可控运动。基于常曲率连续软体运动学理论及螺旋扭转变形的几何关系,建立了一种适用于常曲率螺旋变形运动学模型,获取在全局坐标系下驱动器末端的坐标变换矩阵,实现对驱动器位姿的描述。通过仿真和实验数据验证,模型精度大于98%。为螺旋扭转变形驱动器的控制建立精确的运动学模型,为未来基于此软体驱动器的超高灵活性抓手的搭建提供了理论模型基础。

表面张力驱动界面流动的数值模拟中的高精度高效率模型

表面张力作用在液体界面上，并使界面面积趋于最小。近年来，光滑粒子动力学方法（Smoothed Particle Hydrodynamics）已经被应用于界面问题的研究。目前，适用于光滑粒子动力学方法的表面张力模型分成两类。一类是基于粒子问相互作用的模型，包括范德瓦尔斯模型和Tartakovsky提出的模型。另一类是Morris和Hu等提出的基于颜色函数的连续表面力模型。这些模型都很好地模拟了表面张力。然而，这些模型都存在一些问题：第一类模型不能事先指定表面张力系数，必须通过拉普拉斯公式进行标定；第二类不能准确计算表面曲率。本文提出了一个新的高精度高效率的表面张力模型，并将其应用到表面张力驱动的界面流动问题的数值模拟。该模型基于从界面粒子进行界面重构的思想，可以准确地求解界面法向量和界面曲率，从而给定表面张力。

一种基于曲率变分正则化的小波变换图像去噪方法

噪声和图像的细节特征主要集中于图像高频部分,在图像去噪过程中,图像的某些重要特征(如边缘、细小纹理等)易受到破坏.针对这一情况,本文提出基于曲率变分正则化的小波变换图像去噪方法,首先用小波提取图像的高频成分,对图像进行增强处理,然后用增强图像的水平集曲率建立一个基于水平集曲率的曲率驱动函数,再将曲率驱动函数作为一个校正因子引入到变分模型中,建立曲率变分模型,用以控制图像的整体结构.在缺乏图像梯度信息的情况下,该模型克服了ROF模型错误扩散这一缺点,符合图像处理的形态学原则.最后,用建立的曲率变分模型处理提取的高频成分,重构处理后的高频成分和原来的低频成分,得到去噪后的图像.分析和仿真结果表明,新算法可有效抑制噪声,有极高的图像结构相似度,去噪效果明显.

一种新型变曲率柔性关节微创手术机械手设计

针对狭窄工作空间,微创手术机器人受限于机械手末端执行器灵活度不足,导致医生无法有效进行手术操作的问题。本论文提出一种新型变曲率柔性关节微创手术机械手,通过刚柔体同轴嵌联结构,控制外层柔性关节机加工弹簧和内层刚性基杆的耦合长度,实现机械手前端连续变曲率万向弯曲运动。论文阐述了机械手柔性关节设计、动力传递实现方法及使用ANSYS软件完成重要部件仿真分析;构建运动控制模型,并利用MATLAB软件得到末端执行器的工作空间;实验验证微创手术机械手柔性关节变曲率弯曲运动。结果表明狭窄空间下,微创手术机械手实现了连续、有规律的变曲率万向弯曲运动。

基于偏微分方程的闪光照相图像修补算法

针对闪光照相底片图像可能含有缺陷的问题,提出了一种基于偏微分方程的闪光照相图像修补算法,该算法在曲率驱动扩散(CDD)方法的基础上,引入变系数的p-Laplace算子,并将其与BSCB方法交替进行修补。该算法能兼顾水平线的梯度方向和切线方向的修补信息,符合人眼的"连通性准则",并能有效修补面积较大的破损区域。与CDD修补算法相比,该算法能快速收敛,具有更好的修补效果。

基于三通道多小波紧标架的图像曲率修复模型

为解决正交小波域图像修复方法的现存小波系数不能提供丢失小波系数的充足信息问题,将曲率修复(CDD)模型扩展到非正交小波域,提出一种新的基于三通道多小波紧标架的图像CDD模型。进一步考虑到CDD模型的等照度线是按照直线连接的问题,提出了一种新的CCD模型。新模型的修复在两个方向上进行,在法向上按照改进的曲率函数进行修复,在切向上实现输运机制。新模型结合了多小波紧标架分解技术和改进的CDD模型的优势,利用标架域中小波系数之间具有的冗余性对缺损的信息进行弥补,对现有CDD模型进行改进。给出了有效的split Bregman仿真算法,并采用不同的图像进行了仿真。实验结果表明,新模型对大面积缺损修复及噪声抑制都具有良好的修复效果,即使在大量小波系数丢失的情况下,也能保持图像的边缘结构等几何特征,大大的改善修复质量。

采用TV及纹理合成技术的分层图像修复

整体变分(TV)模型在图像修复中能够保持图像的边缘且数值实现方便,但在图像修复中对于人类视觉连通性的处理还有所不足。根据图像遗失或者损坏的不同类型,针对TV、CDD模型在图像修复中存在的问题,提出了一种结合TV、CDD模型及基于块的纹理合成算法的分层图像修复算法。实验结果表明,这种分层修复的方法在图像的结构修复和纹理修复两方面实现了较好的统一,而且在较大区域图像修复上表现出良好的效果。

基于双树复小波的图像修复

小波变换技术已被广泛应用于图像修复领域,但其在图像修复过程中出现的边缘部分模糊或不连接的情况成为了一个难点。针对此问题,提出了基于双树复小波变换的图像修复算法。该算法使用双树复小波变换对破损图像进行多尺度和多方向的分解,对各个高频方向子带使用全变分(Total Variation,TV)模型进行快速修复,各个低频分量使用改进了的曲率驱动扩散(Curvature-Driven-Diffusions,CCD)模型进行迭代修复,最后通过小波逆变换得到最终的修复图像。实验结果表明,该方法很好地推广了双树复小波变换在图像修复领域中的应用,并且在图像纹理的修复以及在结构部分的填充都有较好的效果。

一种基于Split Bregman方法的快速曲率驱动图像修补算法

提出了一种基于Split Bregman方法的快速曲率驱动(CDD)图像修补模型算法。由于CDD模型中曲率项的影响,数值求解高阶偏微分方程过程中需要大量迭代运算,修复速度缓慢。鉴于Split Bregman方法在L1正则化问题的成功应用,为提高算法计算速度,在CDD修补模型中引入Split Bregman方法。实验结果表明,与其他类似方法相比,新算法的实现速度显著加快,且视觉效果好。