周期视频图像超分辨率重建研究

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1、学校代码10699分类号TP391.41密级学号2010100561题目周期视频图像超分辨率重建研究作者杨靖学科、专业应用数学指导教师彭国华申请学位日期2017年6月西北工业大学博士学位论文(学位研究生)题目：周期视频图像超分辨率重建研究作者：杨靖学科专业：应用数学指导教师：彭国华2017年6月PeriodicVideoandImagesSuperResolutionReconstructionbyYANGJingUndertheSupervisionofProfessorPengGuohuaADis

2、sertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityForthedegreeofDoctorofAppliedMathematicsXi’anP.R.ChinaJune2017摘要摘要超分辨率技术是指利用一组低分辨率观测图像重建出一幅高分辨率图像或一序列高分辨率图像的技术。通过提高图像传感器精度和光学器件精度等硬件设备来得到高分辨率视频图像成本较高，而超分辨率技术可以在硬件条件不变的情况下增加成像系统输出图像的分辨率，成本较低，是解决硬件不足的

3、好方法。周期运动在自然界中广泛存在，如工业中设备的旋转、人类的行走等。周期运动的监控视频，由于空间分辨率低、帧率低、噪声多、含有镜头模糊和运动模糊等问题，往往视频质量较低。低帧率的周期视频帧间差别较大，无法使用连续帧进行超分辨率重建，而视频中重复出现的场景为超分辨率重建提供了可能，这就需要对视频进行周期检测提取出同一场景的视频帧。本文从视频的周期检测入手，对周期视频进行了超分辨率重建。主要研究结果和创新点如下：(1)提出基于互信息的视频周期运动描述方法，得到精确表示视频周期的一维信号。选取视频中任一帧

4、为参考帧，依次计算其它帧与参考帧的互信息值，则视频的周期描述是以帧数为横轴、互信息值为纵轴的一维信号。实验发现，这样的一维信号周期特征明显且描述视频周期精确，该方法在描述帧间高相似度的视频周期特征时，优势更为明显。(2)提出基于k均值的适用于多脉冲短信号的周期检测方法。基于互信息的视频周期描述是含有多个脉冲的一维信号，且由于受视频长度限制，信号长度有限。对多脉冲短信号进行周期检测时，现有的频域和时域周期检测方法的检测结果不够精确。而基于k均值的周期检测方法从信号本身的脉冲特点出发，通过对信号中的峰值分

5、类和分析得到信号的周期，该方法受噪声影响小，无需信号周期的先验知识，检测结果精确。(3)针对脉冲高度落差较大的信号，提出基于方差的周期检测方法。该方法利用脉冲尖峰在横轴上的距离的方差来确定信号的周期，不仅克服了传统频域方法、时域方法的不足，而且克服了基于k均值方法在处理脉冲峰值落差较大的信号时，对峰值点分类容易出现错误的缺点。此方法不需要信号周期的先验知识，可直接对信号峰值进行分析计算得到精确的周期。(4)提出周期视频超分辨率重建模型和低帧率低空间分辨率周期视频的超分辨率重建方法。基于视频周期检测的结

6、果将视频在时间上进行对准，利用周期视频中重复出现的场景进行重建，根据视频帧间相似度高的特点选用了互信息最大化方法进行帧间配准，获得了精确的配准结果提高了重建图像的质量，并将超分辨率重建分为数据融合和去模糊两步，提高了计算速度。关键词：周期视频，信号周期检测，图像配准，超分辨率方法，k-均值，互信息I西北工业大学博士学位论文IIAbstractAbstractSuperresolutionreconstructionisaprocessofreconstructingahigh-resolutionim

7、ageorahigh-resolutionimagesequencefromasetoflowresolutionimages.Thecostofincreasingthesensorprecisionandopticsaccuracyishigh.Whilethecostofincreasingtheimageresolutionthroughimageprocessingtechniqueislow.Superresolutionreconstructioniscapableofincreasin

8、gtheoutputimages’resolutionwithoutupgradingthehardwaresystem.Therefore,superresolutiontechniqueisagoodoptionofsolvingthehardwaredeficiencyproblem.Periodicmotionsarecommoninnaturalworld,suchastherotationofindustrialmachineandthemo