شماره ركورد
25993
شماره راهنما
ELE3 88
عنوان
بهبود توأم بازيابي جزئيات و كاهش اثر نويز در ابرتفكيك پذيري چندقابي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي برق - الكترونيك
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/07/09
صفحه شمار
120 ص .
استاد راهنما
پيمان معلم
استاد مشاور
اكبر رحيمي
كليدواژه فارسي
ابرتفكيك پذيري تصويري , بازسازي تصوير , فيلتر ذره اي , انتخاب قاب , كانال هاي تصويري
چكيده فارسي
ابرتفكيك پذيري تصويري چندقابي (Multi-frame Image Super-Resolution) يكي از روشهاي پيشرفته و پربازده در بازسازي تصاوير با وضوح بالا از مجموعهاي از تصاوير با وضوح پايين است كه در بسياري از كاربردهاي حساس نظير تصويربرداري ماهوارهاي، نظارت ويدئويي، و تصويربرداري پزشكي مورد استفاده قرار ميگيرد. با اين حال، اين روش با چالشهايي اساسي از جمله نويز ناشي از خطاي تقريب مدل، تغييرات هندسي بين قابها، و نياز شديد به منابع محاسباتي مواجه است. اين رساله براي پاسخ به اين چالشها، يك چارچوب نوآورانه براي بازسازي مشترك تصوير و كاهش نويز در زمينه افزايش وضوح چندقابي ارائه ميدهد. اين تحقيق در دو بخش خود با كاهش اثر نويز به حل مساله SR مي پردازد: در بخش اول با درنظر گرفتن خطاي مدل كردن به شكل نويز غيرگوسي و استفاده از فيلترهاي ذره اي براي SR. در بخش دوم يافتن بهترين قاب هاي محدود بر مبناي افزايش نسبت سيگنال به نويز و كاهش نويز ناشي از مدلسازي تابع حركت بين قاب ها. به اين ترتيب اين تحقيق در دو بخش ارائه مي شود.
در بخش اول از اين پژوهش، يك روش نوين مبتني بر فيلتر ذرهاي براي بازسازي تصاوير با وضوح بالا توسعه يافته است. مدلسازي معمول فرآيند توليد تصوير وضوح پايين شامل تبديلهاي هندسي، تارشدگي، نمونهبرداري كاهشي و افزودن نويز است كه اغلب با تقريبهاي خطي مدلسازي ميشوند. اين تقريبها باعث ايجاد خطاي مدل ميشوند كه به صورت نويز غيرگوسي ظاهر ميگردد. استفاده از فيلتر كالمن به عنوان يك تخمينگر خطي در چنين شرايطي ناكارآمد است. در اين پژوهش، با استفاده از فيلتر ذرهاي و انتخاب تابع اهميت بهينه بر اساس بسط تيلور، روشي ارائه شده است كه قابليت عملكرد مؤثر در سيستمهاي ديناميكي غيرخطي با نويز غيرگوسي را داراست. نتايج تجربي بر روي دادههاي شبيهسازيشده و واقعي نشان ميدهد كه اين روش قادر است جزئيات دقيقتري را در تصوير بازسازيشده حفظ كرده و در توالي شبيه سازي شده نويز غيرگوسي را بهطور مؤثري نزديك بهdB 4/1 كاهش دهد.
در بخش دوم، به منظور كاهش بار محاسباتي و حافظه مصرفي در چارچوبهاي افزايش وضوح چندقابي، يك الگوريتم انتخاب قاب جديد پيشنهاد شده است. اين الگوريتم با تمركز بر انتخاب مجموعهاي بهينه از قابهاي غيرتكراري، به دنبال شناسايي حداقل تعداد قابهايي است كه بيشترين اطلاعات مفيد را براي بازسازي تصوير دربردارند. روش پيشنهادي با استفاده از نمونهبرداري چندكاناله، انتخاب قاب مرجع، و بهينهسازي نسبت سيگنال به نويز، دو الگوريتم جستجوي را پيادهسازي ميكند. در گام اول، مواردي با حداكثر تعداد كانالهاي غيرتهي شناسايي ميشوند و در گام دوم، براي هر كانال، قابي با حداقل نويز مدل انتقال انتخاب ميشود. مجموعهاي از قابها با كمترين نويز كلي استخراج شده و به عنوان ورودي فرآيند بازسازي استفاده ميشود.
ارزيابي تجربي روشهاي SR ارائهشده در اين رساله نشان ميدهد روش پيشنهادي بسيار سريع و سبك است و در آزمايش هاي شبيه سازي شده و توالي قاب¬هاي واقعي، استفاده از روش هاي SR در كنار الگوريتم انتخاب قاب پيشنهادي، موجب كاهش زمان اجرا با حفظ كيفيت تصوير خروجي درمقايسه با تمام قاب ميگردد و در آزمايش هاي توالي شبيه سازي شده در قياس با انتخاب چند قاب اول نزديك بهdB 2 افزايش كيفيت دارد.
كليدواژه لاتين
Image Super-resolution , Image reconstruction , Particle filter , Frame selection , Image channels
عنوان لاتين
Joint Reconstruction and noise reduction in multi frame Super Resolution
گروه آموزشي
مهندسي برق
چكيده لاتين
Multi-frame Image Super-Resolution (MFSR) is one of the advanced and efficient approaches for reconstructing high-resolution images from a set of low-resolution frames, widely used in critical applications such as satellite imaging, video surveillance, and medical imaging. However, this approach faces fundamental challenges, including noise caused by model approximation errors, geometric variations between frames, and high computational demands. This dissertation aims to address these challenges by presenting an innovative framework for joint image reconstruction and noise reduction in the context of multi-frame super-resolution. This research addresses the SR problem in two parts by reducing the effect of noise: in the first part, by considering the modeling error in the form of non-Gaussian noise and using particle filters for SR. In the second part, finding the best finite frames based on increasing the signal-to-noise ratio and reducing the noise caused by modeling the motion function between frames. Thus, this research is presented in two parts.
In the first part of this study, a novel particle-filter-based method for high-resolution image reconstruction is developed. The conventional modeling of the low-resolution image formation process typically involves geometric transformations, blurring, downsampling, and noise addition, which are often approximated linearly. Such approximations introduce model errors that manifest as non-Gaussian noise. The use of the Kalman filter, as a linear estimator, proves inefficient under these conditions. In this research, by employing a particle filter and selecting an optimal importance function based on a Taylor expansion, a method is proposed that can effectively operate in nonlinear dynamic systems with non-Gaussian noise. Experimental results on both simulated and real datasets demonstrate that the proposed method is capable of preserving finer details in the reconstructed image and in the simulated sequence, it effectively reduces non-Gaussian noise by close to 1.4 dB.
In the second part, to reduce computational load and memory consumption in multi-frame super-resolution frameworks, a new frame selection algorithm is proposed. This algorithm focuses on selecting an optimal subset of non-redundant frames, aiming to identify the minimum number of frames that contain the most useful information for image reconstruction. The proposed method, through multi-channel sampling, reference frame selection, and signal-to-noise ratio optimization, implements two search algorithms. In the first step, cases with the maximum number of non-empty channels are identified, and in the second step, for each channel, the frame with the minimum model transfer noise is selected. A set of frames with the lowest overall noise is then extracted and used as input for the reconstruction process.
The experimental evaluation of the SR methods presented in this thesis shows that the proposed method is very fast and lightweight, and in simulated experiments and real frame sequences, using SR methods along with the proposed frame selection algorithm reduces the execution time while maintaining the quality of the output image compared to all frames, and in simulated sequence experiments, there is an increase in quality of nearly 2 dB compared to selecting the first few frames.
تعداد فصل ها
7
فهرست مطالب pdf
162674
نويسنده