基于空間連續(xù)性方向插值的圖像修復算法

1、周春霞，吳錫生：基于空間連續(xù)性方向插值的圖像修復算法2009,30(4 925多媒體技術(shù)0引言圖像修復是一個典型的病態(tài)問題，是指對那些在局部區(qū)域數(shù)據(jù)完全丟失的圖像進行修補，以恢復其完整性和原有的視覺效果。目前對圖像修復的研究主要體現(xiàn)在這幾個方面：舊圖畫的修復、舊照片的修復、有劃傷的舊電影的恢復、舊書報上的筆跡以及文字等的去除、圖像壓縮和飾品的編碼糾錯等，主要應用在文物保護、虛擬現(xiàn)實等方面。從圖像修復的技術(shù)角度來說，主要有兩大類：第一類是局部信息擴散方法，即利用修復區(qū)域鄰近象素點的信息逐步從外環(huán)向內(nèi)擴散的方法；另一類是紋理合成的方法，主要是從已有信息的象素點區(qū)域逐個匹配象素點區(qū)域的方法。但是目前

2、對圖像修復的研究主要停留在小面積區(qū)域或者是細小劃痕的修復，大面積的修復算法雖然也有一定發(fā)展，但是算法復雜或者是效果不理想?；谒骄€的算法1只能用直線連接水平線，扭曲圖像的邊緣?；谄⒎址匠袒驍U散的第一類算法2-3，速度太慢，邊緣效果不是很好?；趬K缺失的算法4需在圖像區(qū)域中找到可以匹配的區(qū)域，一方面可匹配的區(qū)域有限很難尋找，另一方面區(qū)域描繪子塊即匹配程度不好把握，很難表現(xiàn)圖像特征?；诮Y(jié)構(gòu)性信息的紋理合成算法5基于同步的結(jié)構(gòu)紋理填充算法6匹配窗形狀單一，不靈活，不能適應多樣圖形，并且重構(gòu)后的子圖在合并階段效果不太理想。對水平線算法的改進水平線插值算法7采用腐蝕膨脹將邊緣層層填充，層內(nèi)的像素

3、點填充不夠細致，邊緣也會產(chǎn)生一些模糊。本文以Euler 彈性7的圖像水平線模型為基礎，將空間連續(xù)性方向延伸和對圖像潤飾的思想相結(jié)合，以解決包含結(jié)構(gòu)和復雜紋理圖片的修復問題，得到了較理想的結(jié)果，實驗也驗證了這一結(jié)論。1基于Euler 彈性的算法模型Euler 彈性算法是以全變差模型為基礎的。全變差模型圖像修復算法的幾何意義是用直線連接水平線。記= ， 并把 ：，的全變差就等價于它的所有水平線的長度之和。因為兩點間的直線段距離最短，全變差模型最小就是用直線連接水平線。這里用Euler 彈性模型來刻畫圖像的水平線。如文獻6所示，Euler 彈性模型是一個高階曲線模型9262009,30(4 計算機工

4、程與設計Computer Engineering and Design式中：權(quán)重參數(shù)。 經(jīng)過推導計算得到 = 77鄰域。在此鄰域中有些像素點值是已知的，有些像素點值是未知的。 首先要計算區(qū)域中所有已知像素點的延伸方向，即像素點的空間連續(xù)性方向。然后再求所有已知像素點延伸方向的平均值作為當前像素點的值。如圖1所示，黑點表示已知像素點，灰點表示已填充像素點，白點表示當前像素點，箭頭代表像素值連續(xù)延伸的方向，圖1中畫出了幾個方向的示意。需要注意的問題如下：(1 空間連續(xù)性方向的計算方法： 在中尋找已知像素值之間的差值小于某個閾值的像素點，將這些像素點用曲線擬合方法8擬合出曲線函數(shù)方程，求出曲線的法線

5、方向作為這些像素點的延伸方向。在此將差值小于此閾值的像素點叫做 相似像素點。若在中相似像素點只有一個的差值均大于此閾值，那么將點的延伸方向。如果相似像素點的個數(shù)大于1，那么將這些點加上點上的平均方向。(2 算法要求在點的方向 影射到與其方向最相近的在區(qū)域中存在的方向上，首先就 要計算區(qū)域中在點的方向與圖像修復區(qū)域的邊界方向平行，就可能在此方向上沒有已知像素點，那么就要暫時擱置，等到下一次像素點的填充。計算局部鄰域內(nèi)方向的平均值好處有3個：其一提高延伸到點鄰域內(nèi)的一定距離內(nèi)方向的延伸性概率較大，所以只需計算此鄰域內(nèi)曲線的延伸方向，避免了多曲線復雜性對點的灰度方向的估計， 2.2計算填充順序本文算

6、法將填充順序的思想應用到空間連續(xù)性算法中。這樣做的好處是：優(yōu)先計算局部鄰域中已知信息較多的未知像素點，增加估計值的準確性。算法將優(yōu)先級分為兩個等級，主要取決于3部分因素：當前像素點的鄰域中是否有圖像的邊緣點，如果有邊緣點，那么優(yōu)先級為第一等級；可靠系數(shù)，即鄰域中已知像素值像素點的個數(shù)；曲率強度系數(shù)，計算方法是：擬合出修復區(qū)域邊界的曲線方程，求出在當前像素點的曲率值，曲率值越大說明彎曲程度(凸 越強，那么說明像素點周圍的結(jié)構(gòu)信息越強。將可靠系數(shù)和曲率強度系數(shù)相結(jié)合作為第2等級，用來判斷優(yōu)先程度的依據(jù)。第1等級優(yōu)先級計算方法：假設當前點為的八鄰域中是否有邊緣點存在，即標記值狀態(tài)，若為3則說明為邊緣

7、點，否則不是邊緣點。第2等級優(yōu)先程度計算如下式周春霞，吳錫生：基于空間連續(xù)性方向插值的圖像修復算法點 , = 2009,30(4 927用來描述修復區(qū)域邊界點的優(yōu)先度信息。算法的步驟如下：(1 初始化圖像，選取目標區(qū)域；(2 定義模板，初始化模板信息， 令的邊緣，將邊緣像素點對應的坐標值填入到標記sign 中， 在填充過程中判斷1，若為1則不改變其值，若為0， 則置(4 找出待修復區(qū)域邊界像素點， 令 值是否為=3；= 用導數(shù)推導得 將點(6 為一修復區(qū)域的邊界點， 像素值為其八鄰域的邊緣點，計算 。這樣做有利于保證圖像邊緣的連續(xù)性，又能保證邊緣不被誤填充。因為如果兩個相鄰的未知邊界像素點，其

8、中一個像素點的周圍有邊緣點，填充了此像素點后，另一個像素點周圍必然邊緣點個數(shù)增多，那么也將被按照邊緣點填充。經(jīng)過試驗證實周圍邊緣點個數(shù)為2的狀態(tài)是最好的情況，可以最大程度防止誤填充，而且個數(shù)為2的邊緣點的狀態(tài)已經(jīng)被定義，如圖4所示，只有處于這種狀態(tài)的未知邊界點才可按邊緣信息的插值方法計算。 圖5(a 原始圖像(b 降級的圖像(c 水平線插值算法的結(jié)果(d 本文算法的處理結(jié)果圓形區(qū)域上的實驗結(jié)果若2，可以按照優(yōu)先級第二等級的方法進行計算或者暫時擱置等下一輪填充。2.4具體的算法步驟將以上方法相結(jié)合，由修復區(qū)域的邊緣逐層向內(nèi)填充，每層像素點的填充遵循一定的順序，直到整個修復區(qū)域填充完 畢。設圖像，

9、 修復區(qū)域高玉之，朱珍民，肖建華：基于H.323系統(tǒng)的MPEG-4視頻傳輸2009,30(4 937Bd 幀/比44mother_daughter(CIF, 300噪42信40均38平36量34分32度30128256384512768102415362048亮比特率/kbpsMPEG-4;H. 263圖5mother_daughter序列在不同比特率下的亮度平均信噪比(2 主觀圖像質(zhì)量的比較：從主觀圖像質(zhì)量的角度看，運動小的mother_daughter序列兩種編碼效果相差不很明顯，圖像質(zhì)量都較好；對于運動大的forman 序列，用MPEG-4傳輸?shù)馁|(zhì)量比H.263傳輸質(zhì)量要高一些。4結(jié)束語

10、通過擴展H.323協(xié)議框架以支持MPEG-4視頻傳輸，實現(xiàn)基于H.323系統(tǒng)的MPEG-4視頻傳輸，給出了MPEG-4傳輸方案，并與H.263傳輸?shù)慕Y(jié)果進行了性能比較，得到了令人滿意的結(jié)果，取得了比原來H.323協(xié)議H.263視頻傳輸更好的傳輸質(zhì)量和效率，在整體上對H.323系統(tǒng)的性能無疑是一個巨大的(上接第927頁提高和改善。參考文獻:1International Telecommunication Union,Packet based multime-dia communication systems,Recommendation H.323S .2003. 2ISO/IEC14496-2

11、,Coding of audio-visual objects-part 2:VisualS .2001.3周敬利, 姚超, 余勝生.MPEG-4視頻標準及其在可視電話中的應用J . 小型微型計算機系統(tǒng),2000,21(6 :577-580.4劉浩, 胡棟. 基于RTP/RTCP協(xié)議的IP 視頻系統(tǒng)設計與實現(xiàn)J . 計算機應用研究,2002,19(10 :140-143.5ITU-T Recommendation H.225v4,Call signaling protocols and media stream packetization for packet-based multimedia com-munication systems S .2000.6曹寧, 閻朝敏.H.263壓縮協(xié)議在H.323會議系統(tǒng)中的嵌入J . 計算機工程,July 2004,30(14 :143-145.7Liu Peiya,MPEG-4:Amul