【摘要】：在遙感領域各項應用中,高分辨率的影像非常重要。高分辨率的遙感影像具有更高的質量和清晰度,具有很高的商業價值和應用價值。本文針對圖像超分辨率算法以及這些算法在遙感影像上的應用展開研究,工作的主要內容主要包括以下三個方面:(1)調研了圖像超分辨率算法的發展歷史與現狀,對傳統圖像超分辨率算法以及近年來興起的深度學習相關算法進行了綜述。(2)提供了一種基于貝葉斯框架的超分辨率算法,有效地提升了高分微納衛星的圖像分辨率。該算法基于最大后驗概率模型框架,分別實現了運動估計,模糊估計,噪聲估計以及圖像生成模型。并針對高分微納衛星圖像拍攝的特點,將基于全變差先驗的運動估計模型根據圖像特點修正為基于固定位移量的運動模型,提高了運動估計的效率。通過與IBP,POCS等傳統的超分重建算法的性能進行比較可以發現,本文提供的算法具有相對較好的重建效果。(3)針對哨兵二號衛星圖像,設計了基于對抗學習和殘差塊結構的卷積神經網絡SenSR-GAN,網絡包括生成器和判別器兩個部分,在生成器中,網絡首先采用不同尺寸的卷積層結構對輸入圖像進行多尺度的特征提取,然后網絡通過殘差塊結構學習低分辨率特征到高分辨率特征的非線性映射。最后采用亞像素卷積層將多通道特征重建為高分辨率圖像。而判別器主要用于判斷輸入圖片是真實圖片還是計算機生成的圖片。通過生成器和判別器的對抗訓練,可以獲得與真實圖片分布相近的高分辨率圖片。在對抗訓練中,我們采用了綜合視覺感知損失,對抗訓練損失,最小均方差損失以及正則項損失的誤差函數,從多個維度保證生成圖像的質量。我們采用了包括峰值信噪比,結構相似性在內的多種指標對算法進行評估,量化的結果表示在哨兵二號圖片上文網絡具有一定的優越性。此外,由于大氣的影響,在某些衛星圖片中存在一定程度的霧化現象。為了有效地對這些霧化的輸入圖像進行超分辨率,我們設計訓練了Dehaze-SenSR網絡。相比于直接使用基于暗通道先驗的去霧算法,該網絡能夠在提高輸入圖像分辨率的同時有效的去除圖像中存在的霧化現象,并且生成圖像的細節也更加豐富。
【圖文】：

很難獲得這些信息，就需要將對模糊函數的估計納入到重建過程中。向下采樣函數定義了 HR 圖像到 LR 圖像的下采樣方法。這個函數描述了錯位和模糊的 HR 圖像生成混疊的 LR 圖像的過程。盡管模糊函數或多或少起到了反混疊濾波器的作用，但在 SR 圖像重建中，一般假設在 LR 圖像中總是存在混疊。在一般的情況下，可以使用不同的子采樣函數來處理不同大小的 LR圖像。在等式(2-4)中，HR 場景中每一個 像素大小的窗口在 LR 觀測圖像中僅被一個像素替換，而這個過程中采用的下采樣算法即是平均 HR 窗口的 像素值。在矩陣形式下，等式（2-5）可以簡要的表示為： (2-7)其中矩陣 A 代表上述幾種成像過程中的降解因子。這種成像模型已在許多SR 算法中使用。圖片 1 以圖形方式顯示了如何使用等式(2-5)的成像模型的不同參數從 HR 場景生成三個不同的 LR 圖像。該成像模型包括參數 w,h,d 以及 ，，它們分別表示成像過程中涉及的圖像偏移，模糊，下采樣，以及噪聲參數

然后通過上采樣指數放大圖像作為起始 SR 圖像，根據配準信息將低分辨率圖像的像素點映射到高分辨率圖像的格點中，并使用插值算法填充所有高分辨率圖像像素點。最后可以考慮對生成的圖像進行去模糊操作。在插值算法中，圖像之間的相對位移被認為是精確已知的。常用的插值算法包括最鄰近插值，雙線性插值，雙三次插值等。最近鄰插值算法69：最鄰近插值也叫做零階插值算法，它是指在待求像素的鄰近采樣點中，將距離待求像素最鄰近的采樣點的像素值賦予待求像素。這是一種最基本、最簡單的圖像縮放算法。其插值公式如下： (2-8)方程(2-8)中變量 u 和 v 是表示位置偏移量的 0~1 之間的小數， 為 LR圖像中距 最近的點， 指改點的像素值。圖 2 展示了簡單的最鄰近插值方法，該算法的優點在于計算速度快，但它生成的圖像通常像素值不連續并且存在模糊現象，因而質量較差。
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP751

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本文編號：2612192