基于帧间跨越光流的视频超分辨率重建网络

面对运动幅度较大的复杂场景,当前的视频超分辨率(VSR)算法在处理长序列时无法充分利用不同距离的帧间信息,难以精确地恢复遮挡、边界和多细节区域。为解决上述问题,提出一种基于帧间跨越光流机制的VSR模型。首先,通过密集残差块(RDB)提取低分辨率视频帧(LR)的浅层特征;其次,通过光流空间金字塔网络(SPyNet)以不同时间长度的跨越光流对视频帧进行运动估计和运动补偿,并通过RDB对帧间信息进行深层特征提取与矫正;最后,融合浅层特征与深层特征,并通过上采样得到高分辨率视频帧(HR)。在REDS4公开数据集上的实验结果表明,所提模型与经典的非显式运动补偿的动态上采样滤波器视频超分辨率网络(DUF-VSR)相比,峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)分别提升了1.07 dB和0.06。验证了所提模型可有效提高视频图像重建的质量。

基于压缩感知的激光复合成像超分辨三维重构方法

三维重构的图像分辨率一般较差,为获得更精确的三维重构图像,基于压缩感知设计激光复合成像超分辨三维重构方法。计算随机目标下重建距离的条件分布概率,获得能量方程,对其进行正则化处理,同时得到列向量以及稀疏矩阵的解析解,构建区域相似度目标方程;基于压缩感知技术重建超分辨率图像像素,得到相应的测量矩阵,两个点集三维坐标之间的关系式,计算两个点集的最小目标误差函数,获取点集间对应的判定条件,设计激光复合图像三维重构算法。在选定的实验图上选择三个点位,对比这三个点位在该方法以及另外三种方法下的重构效果,实验图像显示,压缩感知方法的精度明显优于其他三种方法。在像素均方根误差的计算中,压缩感知算法在三个点位下的误差值分别为1.64、2.28、3.17,均小于其他方法,证明该方法的像素误差更小,精度更高。

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。

基于分布式压缩感知算法的超分辨率成像技术

为解决超分辨率成像技术中图像数据传输与重构效率较低等问题,提出基于分布式压缩感知算法研究新的超分辨率成像方法。首先,基于压缩感知算法压缩成像编码孔径,构建分布式压缩感知编码孔径模型,采用多值模板设计编码孔径;其次,基于IOMPI算法重构超分辨率图像。最后,采用空间光调制器对行、列分布的图像子块进行多次压缩感知采样测量,进行、列两种方式图像重构,取其均值为最终重构图像。实验结果表明:基于分布式压缩感知算法的超分辨率成像技术有效缩短图像重构用时最短为9.06 s,提高了重构效率,重构的图像信噪比在0.75以上,细节清晰、无模糊现象。

基于微变焦法的超分辨率成像技术及实验研究

从空间域的角度分析了微变焦法的原理,微变焦过程可等效为改变每个光敏元所对应物辐射率分布区域的位置和大小,由此建立微变焦过程的空域模型为一个线性方程组,由该模型可描述观察图像和目标高分辨率图像之间的关系,并通过求解该方程组得到目标图像。最后做了面阵CCD的超分辨率成像实验,结果表明微变焦法可明显提高成像系统的分辨率。

基于压缩感知的超分辨率成像技术分析

将压缩传感理论引入超分辨率成像,得益于绝大多数图像在变换域中普遍具有稀疏性。在介绍压缩感知原理基础上,通过仿真分析表明,二维图像在变换域具有稀疏性;测量矩阵的性能越好重建图像效果越好;压缩感知采样仅用相当于传统图像30%测量值,就能恢复出与传统采样相当质量的图像;相对GPSR、GPSR+TV等算法,ADM算法超分辨率图像重建效果更佳。提出了一套基于4f系统的棱镜反射式压缩编码孔径光学成像系统,采用SLM作为编码模板完成对目标图像的调制和压缩,通过开发的基于全变分稀疏重建的ADM算法软件,实现了重建图像分辨率比CCD采集到的图像分辨率提高4倍的超分辨率重建效果。压缩感知成像技术解决了传统成像系统存在图像分辨率低、数据存储压力大、数据传输速度慢等问题,具有巨大应用潜力。

共聚焦超分辨率成像与SIM超分辨率成像在蒿草生物组织样本荧光成像中的使用价值分析

目的研究分析共聚焦超分辨率成像与SIM超分辨率成像在蒿草生物组织样本荧光成像中的使用价值。方法使用激光扫描共聚焦显微镜对蒿草生物组织样本进行荧光成像和使用结构光照明显微镜对蒿草生物组织样本进行SIM超分辨率荧光成像。实验分为三组。(1)使用激光扫描共聚焦显微镜对蒿草组织样本共聚焦普通成像;(2)使用激光扫描共聚焦显微镜的超分辨率成像模块对蒿草组织样本超分辨率成像;(3)使用结构光照明显微镜对蒿草组织样本SIM超分辨率成像。结果激光扫描共聚焦显微镜不仅可获取蒿草组织样本的不同倍数共聚焦普通图像,而且可获取蒿草组织样本的共聚焦超分辨率图像;结构光照明显微镜可获取蒿草组织样本的SIM超分辨率荧光图像。结论激光扫描共聚焦显微镜和结构光照明显微镜均可对生物组织样本进行超分辨率成像。共聚焦超分辨率成像图像清晰度较高,色彩对比度明显,而SIM超分辨率成像具有显示组织样本局部的超微结构细节更加突出的特点。

基于光流法运动配准的覆冰图像超分辨率重建

针对电力监控系统中输电线路易晃动造成覆冰图像模糊,提出基于光流法运动配准的覆冰图像超分辨率重建算法。该算法首先利用基于光流法的图像配准算法估计图像间的亚像素级运动矢量,得到前向和后向配准图像;然后,利用迭代反投影(IBP)算法对估计出的图像分别进行超分辨率重建;最后,根据配准误差加权得到最终的输出图像。实验结果表明,相对于传统算法,该算法的重建结果无论是在峰值信噪比和标准差还是基于对比敏感度的无参考图像清晰度上,均有明显提高,具有较好的客观指标和视觉效果。

超分辨率重构复眼成像技术的研究进展

超分辨率图像重构复眼成像将超分辨率重构技术与复眼成像技术相结合。复眼成像系统获取低分辨率图像,超分辨率重构算法计算获取高分辨率图像。总结了超分辨率图像重构复眼成像的研究现状,介绍了复眼图像超分辨率重构的基本原理和现阶段主要成像系统。结合成像模型角度,分析了常用的复眼图像超分辨率重构算法,以及定量测试评价与视觉角度评价的主要方法。为深入研究超分辨率图像重构复眼成像提供了参考。

基于视差放大与超分辨率的三维光场腹腔镜标定

基于光场成像理论的三维腹腔镜是实现腹腔三维成像的重要研究方向,标定是光场腹腔镜实现三维成像的基础。针对光场带宽积与较小的光场视差会制约三维光场腹腔镜标定精度提升的问题,提出了一种视差放大方法,将直接计算光场视差的问题转换为间接计算两个特征点的距离问题,较大的特征点间距在光场图像中体现为易于检测的点-点间距和点-线间距,从根本上提高了光场腹腔镜的标定精度;基于SRDenseNet的改进型超分辨率网络,整合通道注意力机制,同时提高了光场腹腔镜四维成像的角度分辨率与位置分辨率,间接地提高了光场腹腔镜的标定精度。实验结果表明,经光场视差放大与超分辨处理后,三维光场腹腔镜标定的反投影误差降低了16%,R2提高了6%。

复眼图像超分辨率重构中配准算法研究进展

高分辨率图像能够提供更多的图像细节和更清晰的图像质量,因此模仿生物复眼高分辨率这一特性、研究复眼超分辨率对于航天侦查和军事目标的识别具有重要意义。近年来亚像素级图像配准作为超分辨率重构中的关键步骤成为了研究热点,新的配准算法层出不穷。图像配准作为复眼图像超分辨率重构技术中至关重要的一步也是超分辨率重构中的一个难点,图像配准的精度以及图像配准算法的运算复杂程度直接影响着超分辨率重构的质量和效率。文中总结了近年来国内外超分辨率重构中配准算法的研究进展,介绍了图像配准技术和复眼超分辨率重构技术的基本原理和应用背景,阐明了课题的研究目的、意义以及发展前景,并且重点研究与分析了目前主流的配准算法以及各自的优缺点,并对今后的研究趋势进行了展望,同时为今后的配准算法研究提供了重要参考。

非线性超快成像技术的时间分辨率探究

理论研究了基于非线性光学开关效应取样的超快成像技术.推导了基于倍频、光克尔效应及光参量放大等非线性过程取样方式下的开关函数表达式.提出等效曝光时间概念,用于准确描述基于不同非线性光学取样方式超快成像的实际时间分辨能力,对以超快旋转光场为目标物的超快成像过程进行模拟.结果表明,基于倍频的超快成像等效曝光时间与取样激光脉冲宽度相当;基于光克尔效应的超快成像等效曝光时间是取样脉宽的0.7倍,而基于光参量放大的等效曝光时间与取样脉宽和增益大小都有关.增益越高,等效曝光时间越短,超快测量时间分辨越高.当增益为1000时,等效曝光时间降低至取样脉宽的一半.研究结果为提升现有非线性光开关超快成像技术的时间分辨能力提供一条有效技术途径.

多孔径压缩编码超分辨率大视场成像方法

多孔径成像是一种融合了仿生复眼视觉的新型成像方法,具有小型化、大视场、高分辨率等多种优势,但由于每个子孔径对应的单元图像分辨率过低,导致其成像质量和视场角的提升十分有限。为了进一步提高成像分辨率和探测视场,基于压缩感知理论设计随机编码模板,并紧贴子孔径放置对入射光场进行调制,通过单次曝光记录编码后的低分辨率单元图像阵列,利用稀疏优化算法,重构所有低分辨率单元图像获得超分辨率大视场图像。理论分析和仿真实验证明了该方法的有效性。该方法不仅能兼顾大视场高分辨率成像,而且大大缩小系统等效焦距,具有薄层结构,体积小而重量轻,可为微光机电一体化系统的研制设计提供借鉴。

基于学习和模型相结合的光场超分辨率方法

随着深度学习技术的发展,基于深度学习的图像超分辨率方法在多个领域取得了目前最优的性能和效果,具有广阔的发展前景.光场(light field)图像可以同时捕捉角度信息和空间信息,近年来在3D重建和虚拟现实应用中得到广泛应用.由于传感器分辨率的限制,光场相机(或光场显微镜)通过牺牲空间分辨率来换取角度分辨率.因此,有限的空间分辨率给相关应用的发展带来了很多困难,成为光场成像的主要瓶颈,光场图像的超分辨率及重建成为重要的研究领域.与传统自然图像超分往往基于双三次退化差值模型相比,基于光场图像的超分辨率模型优化算法具有清晰的物理解释.针对光场图像的超分辨率问题,受LADMM迭代优化算法和卷积神经网络结构的启发,提出一种基于学习和基于模型相结合的新型光场超分辨率网络.该网络的主体部分包含多个神经网络层,每层都与传统LADMM优化算法中每次迭代更新步骤有明确的对应关系.LADMM算法参数的可学习化与残差网络结合,使得本文提出的网络在具有较高的性能同时保持了可解释性.斑马鱼光场数据集中心角度图像的实验结果表明:本文的方法与现有的主流方法相比,具有较好的图像超分辨率能力,同时具有一定的去噪效果.果蝇光场数据集的实验结果表明,本文的方法同传统LADMM优化算法相比,具有更快的运行速度和更好的超分辨率性能.

超分辨率技术的实现——一种改善的小波插值方法

由于成像系统内部和外部的因素 ,使得获取的图象产生退化 .为提高图象的质量 ,发展了一种基于小波插值方法的超分辨率技术 .在简要分析若干典型插值算法的基础上 ,考虑到 Bézier曲面插值方法的精确性和可快速实现性 ,提出了基于 Bézier曲面插值的小波变换方法 .该方法不仅克服了传统插值方法使图象细节退化的缺点 ,同时由于 Bézier曲面插值的快速实现使算法的复杂性得以有效的控制 .实验结果表明了采用 Bézier曲面插值的小波方法对于改善图象分辨率的有效性和可行性 .

基于进化算法的复振幅超分辨光瞳滤波器的设计

设计了一种复振幅光瞳滤波器,并提出基于进化算法的复振幅光瞳滤波器光瞳函数参数优化的新方法.通过计算机的模拟,结合实际使用场合对光能效率、旁瓣影响效应和超分辨能力的要求,选择合适结构参数实现最佳三维超分辨成像效果,给出超分辨优化设计模型和实例,并作图验证其结果.对超分辨率伴随的旁瓣效应,把滤波器应用于共焦扫描系统,可有效地抑制旁瓣,提高成像信噪比和对比度.利用进化算法设计的光瞳滤波器设计简单,同时有较好的综合效果,具有较大的S,G_T,G_A值.

木材空气耦合超声图像的超分辨率重构方法

为提高空气耦合式超声波木材无损检测的效率,提出木材空气耦合超声图像超分辨率重构方法。该方法首先用空气耦合式超声波木材成像仪对木板样本进行不同比例的下采样扫描成像,然后利用不同的计算机图像插值算法对下采样图像进行插值得到高分辨率重构图像,并分析实验结果。结果表明:利用图像插值算法能够对木材空气耦合下采样超声图像实现不同放大倍数的重构以提高木材无损检测的效率,而其重构质量则受到多方面因素影响。

一种基于光场成像的数字对焦算法

光场成像在频率域中利用傅里叶切片定理实现数字对焦,得到一组数字对焦数据。针对在景深相同的条件下光场成像与传统成像相比分辨率明显降低这一缺陷,本文采用基于稳健的正则化超分辨率算法将低分辨率图像每一点的像素值分别对应到高分辨率网格中,然后进行插值对所得图像进行重建,实现低分辨率向高分辨率的转换。与其他几种传统超分辨率算法相比,该算法的优势在于取得了更高的识别精度。通过MATLAB平台进行了仿真,实验结果表明该算法与传统的迭代反投影超分辨率算法相比其峰值信噪比有很大的改善,从而验证了本文模型与数值算法的有效性。

基于梯度优化法的连续波近红外光断层成像研究(英文)

研究了两种基于梯度的优化算法用于连续波近红外光断层成像的情况 .分析了现有优化算法存在的收敛速度慢 ,空间分辨率低等缺点的产生原因 .为减少计算量并提高重构精度 ,采用了一种空间位置加权的基于梯度的优化算法 .

时间反转超声成像检测乳腺微钙化的仿真

为了研究时间反转超声成像对乳腺微钙化检测的有效性,通过FieldⅡ超声仿真软件,分析相关参数设置对时间反转超声成像分辨率的影响,设置点散射子模拟乳腺微钙化,对比研究理想条件及不同噪声条件下时间反转超声成像算法对乳腺微钙化检测的有效性.无论是理想条件下或是不同噪声条件下,时间反转超声成像均能突破传统B超成像分辨率极限,能够分辨出距离较近的点散射子,有效抑制噪声,而传统B超成像则对噪声较为敏感.时间反转超声成像可提高传统B超成像检测乳腺微钙化点的成像分辨率和抗噪能力.其中,时间反转多信号分类(time reversal with multiple signal classification,TR-MUSIC)成像能准确定位点散射子,但纵向分辨率低;相位相干时间反转多信号分类(phase-coherent with multiple signal classification,PC-MUSIC)提高了TR-MUSIC的纵向分辨率,但不能准确定位,需进行相位补偿.