عنوان تحقیق: ارتقاء وضوح تصویر رنگی از روی رشته ای از تصاویر وضوح پایینفرمت فایل: wordتعداد صفحات: 135شرح مختصر:فهرست مطالبدر سالهای اخیر، پیشرفتهای گستردهای در زمینهی سنسورهای تصویر و سیستمهای تصویربرداری دیجیتال صورت گرفتهاست، اما هنوز محدودیتهای تئوری و عملی بر روی وضوح تصاویر گرفته شده با این دوربینها اثر میگذارد. تکنیکهای فراتفکیکپذیری (سوپر رزولوشن) به منظور غلبه بر این محدودیتها در سالهای اخیر گسترش یافتهاند. این تکنیکها با استفاده از یک و یا چند تصویر کم وضوح، تصویری با وضوح بالاتر ایجاد میکنند. کارهای اخیر در زمینهی فراتفکیکپذیری (که اغلب بر روی تصاویر خاکستری متمرکز شدهاست)، به منظور کاهش پیچیدگی محاسباتی و افزایش مقاومت در برابر خطاهای مدلسازی و نویز انجام شدهاست. از سویی دیگر، روشهای موزائیک زدایی متعددی به منظور کاهش مصنوعات رنگی، که در نتیجهی استفاده از دوربینهای تک CCD است، مطرح شدهاست.در این پایاننامه، با استفاده از روشهای آماری در پردازش سیگنال، چارچوب مقاومی را برای ترکیب تصاویر کم وضوح به منظور ایجاد تصویری با وضوح بالا پیشنهاد میدهیم. در این روش، با استفاده از معیار مقاوم به خطا در تابع هدف و تطبیق فرآیند تخمین برای هر تصویر کم وضوح متناسب با دقت پارامترهای مدل و سطح نویز آن، بازسازی مقاومی را ایجاد نمودهایم. همچنین با تعمیم این روش در حوزهی رنگ، و ادغام فرآیند تفکیکپذیری و دموزانیک تصویر، توانستهایم علاوه بر افزایش وضوح تصاویر رنگی، موزائیک زدایی تصویر را نیز به طور همزمان انجام دهیم. آزمایشهای انجام شده نیز عملکرد خوب الگوریتم پیشنهادی را در مقابل نویز و خطا تصدیق میکند.واژه‌های کلیدی:فراتفکیک پذیری، ثبت تصاویر، تخمین-M، تنظیم کننده، موزائیک زدایی تصویر، فیلتر رنگی.فهرست مطالب فصل اول مقدمه. 11.1 فراتفکیکپذیری به عنوان یک مسئله معکوس.... 71.2 فصل بندی پایان نامه. 102 فصل دوم مرور کارهای گذشته. 132.1 مدل سیستم عکسبرداری.. 142.2 فراتفکیک پذیری در حوزه فرکانس.... 162.3 روشهای حوزه فضایی.. 182.3.1 درونیابی- بازسازی: روشهای غیرتکراری.. 192.3.2 روش های آماری.. 212.3.2.1 حداکثر احتمال.. 232.3.2.2 حداکثر احتمالپسین... 252.3.2.3 بازنشانی- MAP توام. 272.3.3 رویکرد طرحریزی بر روی مجموعههای محدب.. 282.3.4 رویکرد ترکیبی ML-POCS. 303 فصل سوم ارتقاء وضوح تصاویر خاکستری.. 313.1 ترکیب تصاویر کم وضوح مبتنی بر تخمین-M... 323.1.1 چارچوب تخمین M... 323.1.2 ترکیب تصاویر مبتنی بر تخمین Half-Quadratic. 403.1.2.1 محاسبه پارامتر a مطابق با دقت هر فریم.. 423.1.3 تنظیم کنندهها453.2 روش پیشنهادی جهت ارتقاء وضوح.. 493.3 آزمایشها503.3.1 بررسی روشهای متفاوت بازسازی و تاثیر تنظیم کنندهها513.3.2 ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی در مقابل خطای ثبت... 523.3.3 ارزیابی استحکام روش پیشنهادی در مقابل پرتیها543.3.4 پیادهسازی روش پیشنهادی روی تصاویر واقعی.. 554 فصل چهارم ارتقاء وضوح تصاویر رنگی.. 654.1 مروری بر مسائل فراتفکیکپذیری در تصاویر رنگی و موزائیک زدایی تصویر. 664.1.1 فراتفکیک پذیری در تصاویر رنگی.. 664.1.2 موزائیک زدایی تصویر. 674.1.3 ادغام فراتفکیکپذیری و موزائیک زدایی در یک فرآیند. 734.2 مدل ریاضی و حل مسئله. 754.2.1 مدل ریاضی سیستم عکسبرداری.. 754.3 روش پیشنهادی جهت موزائیک زدایی چند فریمی.. 784.3.1 جملهی وفاداری.. 804.3.2 جملهی جریمهی روشنایی.. 804.3.3 جملهی جریمهی رنگ... 814.3.4 جملهی جریمهی وابستگیهای رنگی.. 824.4 تابع هزینه کلی.. 834.5 آزمایشها844.5.1 بررسی عملکرد الگوریتم پیشنهادی در برابر خطاهای ثبت... 864.5.2 بررسی عملکرد الگوریتم پیشنهادی در برابر پرتیها875 فصل پنجم جمعبندی و نتیجهگیری.. 955.1 نتیجهگیری.. 965.2 پیشنهادهایی برای کارهای آتی.. 97منابع و مراجع. 101پیوستها115 فهرست اشكالشكل 1-1 الگوی وضوح USAF 1951، آزمونی کلاسیک، که برای تعیین وضوح سیستم و حسگرهای تصویربرداری استفاده میشود [3].3شکل 1-2 ایده اصلی بازسازی فراتفکیکپذیری از فریمهای کم وضوح. حرکت نسبی فریمهای کم وضوح به اندازه کسری از پیکسل، در بازسازی تصویر وضوح بالا کمک می کند[3].5شکل 1-3 نمایش مثال ساده از مسئله فراتفکیکپذیری مبتنی بر حرکت. (الف)، تصویر وضوح بالا شامل چهار پیکسل. (ب) -(ه)، تصاویر کم وضوح یک پیکسلی که توسط یک دوربین خیالی گرفته شده است. فرض بر این است که، PSF دوربین مشخص و سطح خاکستری تمام پیکسلهای مرزی صفر است، مقادیر پیکسلهای تصویر وضوح بالا میتوانند دقیقاً از تصاویر کم وضوح تخمین زده شوند[11].6شکل 2-1 مدل مشاهده یک سیستم تصویربرداری واقعی متناسب با تصویر وضوح بالا به فریمهای مشاهده کم وضوح با حرکت بین صحنه و دوربین [3].15شکل 2-2 رویکرد درونیابی SR مبتنی بر همترازی تصاویر LR و حذف ماتی تصویر بعنوان فرآیند پس پردازش [3].20شكل 3-1 تاثیر افزایش مقیاس ماتریس روی تصویر 3×3 و ماتریس کاهش مقیاس D روی تصویر متناظر افزایش مقیاس یافته 9×9 (ضریب افزایش وضوح 3 است)[11].36شكل 3-2 (الف) معیار خطاهای Lorentzian، Huber، Leclerc و Tukey’s Biweight در حدآستانه T=50، (ب) توابع نفوذ متناظر 39شكل3-3 (الف) معیار خطای L1 ،L2 و Half-quadratic، (ب) توابع نفوذ متناظر آنها41شكل 3-4 (الف) معیار خطای Half-quadratic به ازای مقادیر مختلف a ، (ب) توابع نفوذ متناظر. 42شکل 3-5 تصاویر اصلی مربوط به (الف) دیسک، (ب) اعلامیه. 56شكل 3-6 (الف) تصویر اصلی، (ب) یکی از فریمهای کم وضوح، (ج) درونیابی دوسویه، (د) بازسازی با روش جابجایی و اضافه کردن، (ه) تخمینگر Half-quadratic، (و) روش پیشنهادی.. 57شكل 3-7 (الف) تصویر اصلی، (ب) یکی از فریمهای کم وضوح، (ج) درونیابی دوسویه، (د) بازسازی با روش جابجایی و اضافه کردن، (ه) تخمینگر Half-quadratic، (و) روش پیشنهادی.. 58شكل 3-8 نتایج بدست آمده با اعمال روشهای مختلف بازسازی با در نظر گرفتن خطای ثبت در 8 فریم انتهایی. (الف) L2+تیخونوف، (ب) L1+BTV، (ج) Huber+BTV، (د) روش پیشنهادی.. 59شكل 3-9 (الف) منحنی Ek برای فریمهای کم وضوح که در 8 فریم انتهایی دارای خطای ثبت میباشند، (ب) منحنی ak با استفاده از روش پیشنهادی.60شكل 3-10 توابع نفوذ تخمینگر Half-quadratic با در نظر گرفتن مقادیر مختلف akبرای 5 فریم. منحنیهای فیروزهای و بنفش بترتیب متناظر با فریمLR#14 و فریمLR#16 هستندکه درگیر خطای ثبت میباشند.60شكل 3-11 منحنی مقادیر PSNR متناظر با روشهای مختلف و سطوح مختلف نویز. (الف) در صورتیکه نیمی از فریمها درگیر نویز باشند، (ب) در صورتیکه تمامی فریمها درگیر نویز باشند.61شكل 3-12 نتایج بازسازی تصویر با روشهای مختلف، در صورتیکه تمامی فریمها با نویز 20% آلوده شده باشند. (الف) یکی از فریمهای کم وضوح با نویز 20%، (ب) L2+تیخونوف، (ج)L1+BTV، (د)Huber+BTV، (ه) روش مطرح شده در[80]، (و) روش پیشنهادی 62شكل 3-13 (الف) یکی از فریمهای کم وضوح، (ب) بازسازی تصویر با روش درونیابی دوسویه، (ج) L2+تیخونوف، (د) L1+BTV ، (ه) Huber+BTV، (و) روش پیشنهادی.63شكل 3-14 (الف) یکی از فریمهای کم وضوح ، (ب) بازسازی تصویر با روش درونیابی دوسویه، (ج) L2+تیخونوف، (د) L1+BTV ، (ه) Huber+BTV، (و) روش پیشنهادی.64شكل 4-1 (الف) فیلتر رنگی با الگوی بایر در حالت 1-CCD، (ب) آرایه حسگر 3-CCD... 68شكل 4-2 اصول درونیابی خطی در الگوریتم موزائیک زدایی تک فریمی. (الف) قرمز، (ب) سبز، (ج) آبی.. 69شكل 4-3 (الف) تصویر با وضوح بالا گرفته شده با دوربین 3-CCD. (ب) تصویر کاهش مقیاس یافته با ضریب 4 . (ج) تصویری که ابتدا توسط فیلتر گوسی مات میشود و سپس با ضریب 4 کاهش مقیاس داده میشود. تصاویر (الف)، (ب) و (ج) با روش [125] موزائیک زدایی شدهاند و نتیجهی آنها به ترتیب در شکلهای (د)، (ه) و(و) نشان داده شده است.72شكل 4-4 مثالی از فرآیند جابجایی و اضافه کردن. تصویر رنگی ورودی با ضریب r=2 افزایش مقیاس مییابد، و متناظر با معکوس ماتریس حرکت، جابجا میشود. تصویر جابجا شده با سایر فریمهایی که آپسمپل و جابجا شدهاند، جمع میشود[130].74شكل 4-5 نمودار مستطیلی مدل ریاضی تصویر که در این فصل در نظر گرفته میشود. x تصویر اصلی ، v نویز افزوده و y تصویر کم وضوح فیلتر شده است. عملگرهای F، H، D و A به ترتیب فرآیندهای انحراف، ماتی، کاهش مقیاس و فیلتر رنگی هستند.76شكل 4-6 نمایش نمودار مستطیلی رویکرد کلاسیک در بازسازی چندفریمی تصاویر رنگی.. 78شكل 4-7 نمایش نمودار مستطیلی رویکرد مستقیم در بازسازی چندفریمی تصاویر رنگی.. 79شكل 4-8 (الف) تصویر اصلی، (ب) یکی از فریمهای کم وضوح فیلتر شده با الگوی بایر. 87شكل 4-9 (الف) نتیجهی موزائیک زدایی یکی از فریمهای کم وضوح که با روش [123]، (ب) نتیجهی موزائیک زدایی یکی از فریمهای کم وضوح که با روش [125]، (ج) نتیجهی اعمال روش فراتفکیکپذیری خاکستری (معادلهی 3-30) روی فریمهای کم وضوح موزائیک زدایی شده با روش [123]، (د) نتیجهی اعمال روش فراتفکیکپذیری خاکستری (معادلهی 3-30) روی فریمهای کم وضوح موزائیک زدایی شده با روش [125].88شكل 4-10 (الف) تصویر بدست آمده با روش جابجایی و اضافه کردن، (ب) بازسازی تصویر با روش [115]، (ج) تصویر حاصل از پیادهسازی روش پیشنهادی روی دادههای خام در صورتیکه مقدار اولیه با درونیابی دو سویه از اولین فریم کم وضوح موزائیک زدایی شده با روش [125] باشد، (د) تصویر حاصل از پیادهسازی روش پیشنهادی روی دادههای خام در صورتیکه تصویر حاصل از روش جابجایی و اضافه کردن به عنوان مقدار اولیه استفاده شود.89شكل 4-11 بزرگ نمایی بخشی از تصویر در لایه روشنایی، (الف) روش [115]، (ب) روش پیشنهادی.. 90شكل 4-12 رسم مقادیر ak برای هر سه باند رنگی در صورتیکه 5 فریم انتهایی دارای خطای ثبت باشد.90شكل 4-13 بازسازی تصویر در صورتیکه در 5 فریم انتهایی خطای ثبت ایجاد شود، (الف) روش [115]، (ب) روش پیشنهای، (ج) بزرگنمایی بخش از تصویر (الف)، (د) بزرگنمایی بخش از تصویر (ب)91شكل 4-14 نتایج بازسازی تصویر در صورتیکه نیمی از فریمهای کم وضوح به نویز فلفل و نمک با سطوح متفاوت آلوده باشند، (الف) روش [115] در حضور سطح نویز 5%، (ب) روش پیشنهادی با در حضور سطح نویز 5%، (ج) روش [115] در حضور سطح نویز 10%، (د) روش پیشنهادی در حضور سطح نویز 10%، (ه) روش [115] در حضور سطح نویز 20%، (و) روش پیشنهادی در حضور سطح نویز 20% 93 فهرست جداولجدول 3-1 بردارهای حرکت (درشبکه LR) استفاده شده برای ایجاد فریمهای کم وضوح.. 53جدول 3-2 بردارهای نادرست حرکت (درشبکه LR) که برای شبیهسازی اثر خطای ثبت استفاده میشود.53