应用图像分层法和偏微分方程的数字图像修复

论文摘要

图像由于各种原因被损坏或变得残缺不全。本文研究用Inpainting技术进行图像修复。图像修复是模仿古代画家对绘画的手工修复,用计算机及专门算法对图像进行润饰,达到修复效果。这项工作无法用传统的图像恢复、重建、增强来完成。我们对图像修复进行深入的探讨,提出了以下新方法。1.提出一种方法用于改善在不理想天气条件下拍摄的照片质量。通过阈值分割获得照片中包含天空部分的模板,然后使用另一幅图像中的蓝色天空来代替待改善照片中的灰暗天空。由于在天空和地面物体之间的复杂边界没有明确定义,因而我们引入纹理生长方法,在边界处生成新的纹理,使得修饰后的图像视觉上更加自然。2.提出一种基于图像分层的图像修复算法。首先利用DCT将待修复的图像分解成三层:结构层(Cartoon)、边缘层、纹理层。对结构层和边缘层中的损坏区域使用自适应偏心平滑算子进行修复,避免使边缘区域产生模糊;对纹理层中的损坏区域使用纹理合成法进行修复。与一些已报道的方法相比,提出的方法能够产生较好的修复效果,并且具有较快的处理速度。3.利用热传导模型解决图像修复问题,在该模型中像素灰度值等价于热传导中的温度。采用有限差分法来数值求解偏微分方程,待修复区域的邻域信息通过不断迭代的方式传播至损伤区域。在用迭代法求解PDE时分别采用1个像素和2个像素两种不同的空间步长,步长较小时给出了更好的修复效果。该方法与其它PDE方法相比相对简单,并对Cartoon层能取得满意的修复效果。纹理信息从损伤域的周围提取得到,并叠加至修复区以产生更自然的效果。我们对各种图像在不同类型损伤的条件下进行了大量的实验,结果表明上述方法具有良好的处理效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• CONTENTS
• CHAPTER Ⅰ PREFACE
• 1.1 INTRODUCTION
• 1.2 GENERAL CONCEPTS OF IMAGE INPAINTING
• 1.3 MAIN TOPICS AND CONTRIBUTIONS OF THE STUDY
• 1.3.1 Objectives
• 1.3.2 Main Contributions
• 1.4 ORGANIZATION OF THE THESIS
• CHAPTER 2 REPRESENTATIVE TECHNIQUES AND PROGRESS
• 2.1 OBJECTIVES OF IMAGE INPAINTING
• 2.2 EARLY TECHNIQUES
• 2.3 IMAGE INPAINTING IN MODERN DAYS
• 2.4 APPLICATIONS OF PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATION
• 2.4.1 PDE in Image Processing
• 2.4.2 Image Inpainting Using PDE
• 2.5 TEXTURE SYNTHESIS IN IMAGE INPAINTING
• 2.5.1 Texture Synthesis
• 2.5.2 Patch Based Texture Synthesis
• CHAPTER 3 REPLACING IMAGE PATCHES CONTAINING RUGGED BOUNDARIES
• 3.1 INTRODUCTION
• 3.2 IMAGE PATCH REPLACEMENT
• 3.2.1 Replacement of Image Area with Clear-Cut Boundary
• 3.2.2 Retouch of Rugged Soft Boundary with Texture Synthesis
• 3.2.3 Partition of the Boundary
• 3.3 TEXTURE SYNTHESIS FOR RUGGED BOUNDARY
• 3.3.1 Texture Synthesis Overview
• 3.3.2 Texture Synthesis for Boundary Retouching
• 3.4 SUMMARY
• CHAPTER 4 LAYERED IMAGE INPAINTING BASED ON IMAGE DECOMPOSITION
• 4.1 INTRODUCTION
• 4.2 RELATED WORKS
• 4.3 IMAGE INPAINTING USING DCT-BASED DECOMPOSITION
• 4.3.1 DCT-Based Image Decomposition
• 4.3.2 Inpainting of Non-texture Layers Using Adaptive Offset Smoothing Operator
• 4.4 TEXTURE SYNTHESIS
• 4.5 EXPERIMENTAL RESULTS
• 4.6 SUMMARY
• CHAPTER 5 PDE-BASED IMAGE INPAINTING USING A HEAT TRANSFER MODEL
• 5.1 HEAT TRANSFER AND IMAGE INPAINTINC
• 5.2 NUMERICAL SOLUTION TO HEAT-TRANSFER INPAINTING
• 5.3 IMPROVEMENT OF NUMERICAL SOLUTION
• 5.4 TEXTURE CLONING
• 5.5 EXPERIMENTS AND DISCUSSION
• 5.5.1 Inpainting of Various Images
• 5.5.2 Comparison of Double- and Single-Grid Methods and Effects of κ Value
• 5.6 SUMMARY
• CHAPTER 6 CONCLUSION AND FUTURE WORK
• 6.1 SUMMARY OF THE WORK
• 6.2 FUTURE RESEARCH
• REFERENCES
• ACKNOWLEDGEMENTS
• PAPERS PUBLISHED DURING THE PH.D.STUDY