第３０卷第１１期
２０１３年１１月
計算機應用與軟體
ｎｏｖ．２０１３
改進ｍａｐ演算法的影象序列超解析度重建
．田秀華孫曉春
（遼寧工程技術大學機械工程學院
遼寧阜新１２３０００）
（遼寧工程技術大學電子與資訊工程學院遼寧葫蘆島１２５１０５）
摘要對基於ｍａｐ演算法的影象超解析度重建演算法進行研究，分析演算法的不足。針對現存的ｍａｐ演算法邊緣與細節保持能力的
不足，提出改進方法，即在重建過程中，對插值後所獲得的影象進行邊緣檢測與修正，之後再進行超解析度重建。為了證明改進演算法的有效性，對一組低解析度影象序列進行超解析度重建實驗，實驗結果表明改進演算法對影象的邊緣和細節的保持可取得比較有效的重建效果。關鍵詞
超解析度
插值極大後驗算法
中圖分類號ｔｐ３文獻標識碼
ａｂｓｔｒａｃｔ
兩種主要研究演算法。
０ 引言
１影象降質模型
由於資訊科技的不斷發展與進步，人們對影象解析度的要
求也越來越高，因而超解析度重建技術被廣泛應用於公共安全在很大程度上，影象超解析度重建的實現依靠影象的降質領域、數碼電視領域、軍事遙感領域、醫學領域等，此技術己成為模型。影象的降質過程是成像的逆過程，通過影象成像過程可目前影象處理領域熱門的研究課題之一。超解析度重建技術就得到降質模型。
若想從降質的低解析度影象序列中重建出一幀是利用模糊、形變、有雜訊的多幀低質量的低解析度影象序列，
高解析度影象，要根據降質的低解析度影象之間的相關資訊進將它們之間的相對運動資訊融合到單幅影象中，同時去除影象行超解析度重建。高解析度（ｈｒ）影象經過運動、模糊以及降中的雜訊及模糊，重建出一幀高質量的高解析度影象的過程。
取樣生成低解析度（ｌｒ）影象序列，因此影象的降質模型可表
影象超解析度重建方法主要有頻域法和空域法兩種。ｔｓａｉ示為：
和ｈｕａｎｇ等人在１９８４年首次提出了頻域低解析度影象的超分
＝ｄ ｂ 帆 ＋１≤後≤ｐ（１）
辨率重建技術…，現在研究的多是空域法 。空域法就是在空其中低解析度影象序列ｙ由ｐ幀大小為ｎ ×ⅳ２的影象組成，將
域中將影象的降質模型用數學公式來描述，從而進行降質影象其按行排列成ⅳ ⅳ２維的列向量，為原始高解析度影象，其大
的超解析度重建。空域影象超解析度重建方法主要有：非均勻小為ｑｎ ×ｑｎ２，按行排成ｇ ⅳ。ⅳ２大小的列向量，這裡ｑ表示垂
間隔樣本插值法 （ｎｉ）、迭代反投影方法 （ｉｂｐ）、凸集投影算直方向和水平方向的降取樣因子。是降取樣矩陣大小為ⅳｌ
法 （ｐｏｃｓ）、最大後驗概率估計法 （ｍａｐ）、混合ｍａｐ／ｐｏｃｓ方法 ，以及自適應濾波法等。其中ｍａｐ演算法和ｐｏｃｓ演算法可
收稿日期：２０１２一ｏ９—１６。田秀華，教授，主研領域：數字影象處理。以有效地利用先驗知識和空間觀察模型，是超解析度重建中的
孫曉春，碩士生。
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ｇ ⅳｎ２，ｂ 是模糊矩陣大小為是運動
變形矩陣大小為代表第ｋ幀低解析度觀測影象中包含的加性雜訊。可以將式（１）簡化為：
：ｈｋ＋
１≤ ≤ｐ
（２）２ ｍａｐ演算法
ｍａｐ演算法就是在給定ｌ，前提下，根據後驗概率理論來進行估計，使得：
（３）取得最大值。
根據貝葉斯公式，式（３）等價於：
（４）對兩邊取對數：
（５）選取高斯一馬爾可夫隨機場為先驗模型，則其先驗概率分布密度函式為：
ｊｐ（）＝＿１五＿ 唧（一
（２ｒｒ）一丁一｛ｃ ｊ寺
。其中大小為ｑ ，ｖ，
：ｅ［ｘｘｔ］為協方差。將影象協方差
的指數部分等價表示為向量積的形式，可得到：
ｐｃ，＝至三乏１
ｅｘｐ｛一
））（７）
由ｇｉｂｂｓ場和ｍａｒｋｏｖ場的等價性，可以借用ｇｉｂｂｓ場中的畫素關係的一階分布來描述相關係數ｄ 。
ｒ１ｒ＝ｓ
ｄ ＝｛【１
（８）一
－＃－≠
，對式（３）簡化的目標方程為：
麥ｌｌｙ—ｈｘｌｉ十
（）ｊ（９）
３改進演算法
針對ｍａｐ演算法邊緣和細節能力保持不足，本文引入一種新
的演算法，使重建後的影象細節和邊緣保持能力提高。新演算法的思想是在影象超解析度重建過程中，在對影象進行插值之後，進行邊緣檢測與修正 ｊ，然後再進行其他處理。
（１）在插值時，本文採用三次插值方法 ，該插值方法具
有邊緣增強效果，可獲得較高的內插精度。三次插值卷積過程可以表達為：
，（，ｙ）＝∑∑
，其中：
ｒｉｉ一２１
＋ｌ０≤ｉ｛＜ｌ
１０ｉ｛≥２
插值後的畫素點（ｉ＋「，＋ ）的值為：
［－ｆ（ｉ一１一１）ｉ一１√＋０）ｉ一１＋１）ｔ，（ｉ一１√＋２）
ｉ＿廠（ｉ＋ｏ√一
×ｉ，（ｉ＋１√一１）ｌ廠
廠（ｉ＋２√＋２）
（１２）
（２）在進行邊緣檢測時，選用在經典邊緣檢測方法中最有效的ｃａｎｎｙ【１ｏ］方法。該方法使用高斯一階導數運算元在抵抗雜訊與邊緣檢測之中獲得乙個最佳的折衷，可以較好地抑制雜訊且檢測到弱邊緣。檢測邊緣之後，對檢測到的邊緣點畫素進行邊
緣修正 。修正的思想是對於影象兩點畫素值越接近，該點的畫素值在修正結果中所佔比重越大。修正方法如下：
１）在水平方向上，邊緣畫素修正為：
ｊｊ—：ｌ一
，１（１３）
２）在４５度方向上，邊緣畫素修正為：：一１
牛…）。＋一
，，，＋
３）在垂直方向上，邊緣畫素修正為
＾。一＝ｌ
，一．．．，
｛４）在１３５度方向上：邊緣畫素修正為√＝
盟『，一ｉ＋＋一ｉｕ，
．。一改進演算法實現步驟如下：
１）輸入影象，對影象序列進行三次插值，檢測和修正邊
緣點；２）採用光流配準演算法進行運動估計；３）根據先驗模型求目標方程－廠（ｘ）；４）計算負梯度一ｖｆ（ｘ）；
５）確定迭代步長 ；６）計算
７）如果＜６結束；否則執行步驟２）＞。
改進部分的ｍａｔｌａｂ**如下：
ｆｏｒｉ：ｌ：ｍ
ｏｆｒｊ＝１：ｎ
ｅｎｄｆｏｒｉ１：２ｍ：
一ｕ）ｈ（２一ｕ）］；
一ｖ）；ｈ（２一ｖ）］；
ｂ＝［ｆｌ（ｉｌ一１，ｊｌ一１）ｆｌ（ｉｌ一一一１，ｊ１＋２）
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［苧晶』學列影象超解析度重建方法的研究［ｄ］北京：北京工業大４．４鐵路行業災難備份中心的建設，一』
（１）機房選址
同城災難備份中心與生產中心之間的距離要合理，要求距離至少要３ｏ公里以外，避免災難備份中心與生產中心同時遭受同類風險 ；也要考慮生產中心與災難備份中心的交通和電訊的便利性。
（２）基礎條件
１９８２，ｍｉ一
機房環境要求與生產中心相同，建築基礎環境、供配電環境、溫濕度空調環境、消防和監控等，都應該參照生產中心機房環境建設。
（３）網路環境備份
［６］肖創柏，等．一種基於ｍａｐ的超解析度影象重建的快速演算法［ｊ］．
計算機研究與發展
資料中心與災難備份中心應建設網路熱備份體系 ，當生產中心出現嚴重故障，不能對外提供服務時，業務資料流可以切換到災難備份中心，保證災難備份中心的備份業務系統順利接管各項業務。
（４）資料環境備份
［８］黃歡，楊妮．基於混合ｍａｐ／ｐｏｃｓ序列影象超解析度重建演算法研
究［ｄ］．昆明理工大學，２０１０．
［９］胡訪宇，張明．影象超解析度重講和插值演算法研究［ｄ］．中國科學
技術大學，２０１０．
採用主流的備份介質包括磁帶庫、虛擬帶庫與磁碟陣列等；
生產中心與災備中心之間採用非同步複製技術進行資料傳輸，即通過快取與批量處理方式，在較短的時延內，將生產中心的資料複製到災備中心。
（５）應用環境備份
［１１］陳光盛，李樹濤．ｍａｐ和ｐｏｃｓ演算法實現超解析度影象的重建
［ｊ］．科學技術與工程
《上接第２７５頁）
通過配置同步技術，實現災難備份中心的應用環境與生產
中心盡量一致；災難備份中心關鍵業務系統應該實現集群間的
備份中心都出現災難時，實現切換由鐵路行業異地災難備份中心接管其職能，繼續為所轄區的資訊系統提供服務。
鐵道部與鐵路局共用乙個異地災難備份中心，這種集中式
自動切換，其餘業務系統則可以採用手工切換的模式；採用虛擬化技術對災難備份環境進行整合，災難備份中心的備份資源畢竟有限，充分利用虛擬化技術對搭建備份環境是十分有幫助的。
災難備份中心模式存在著雞蛋都放在乙個籃子裡的風險。當異地災難備份中心出現災難時，不會影響鐵道部和鐵路局生成中心的職能，但將災難備份中心恢復需要一定的時間。
５ 結語
４．３鐵路行業災難備份系統的技術選擇
災難備份系統建設的技術模式主要有四種：一是基於儲存層面，二是基於主機層面，三是基於資料庫層面，四是基於應用
層面ｈ 。按照鐵路行業的實際情況和特點，基於主機、資料庫和應用層面都具有一定的侷限性。鐵路行業災難備份系統的建設應選擇基於儲存層面的技術，選擇原因如下：
（１）技術成熟，被其他行業廣泛採用
鐵路行業災難備份系統的建設十分重要，能預防各種災難
對鐵路資訊系統的打擊，有效保證鐵路資訊系統業務的連續性。災難備份系統的建設也並非一勞永逸，還有很多後續工作要做，包括災難備份系統的日常維護，災難備份系統的業務連續性管理（ｂｍｐ），定期按照應急預案進行災難備份演練，以及建立完
善的災難備份組織機構等，只有這樣才能更好地使其發揮應有的效能。
由於鐵路行業資訊系統龐大，而且資料吞吐量大、對資料準確性和完整性的要求較高，這些特點符合基於儲存層面技術的採用。國內其他行業已經建成的災難備份系統採用基於儲存層面技術的比較多，選擇其他三種技術的比較少。
（２）應用系統無需改動，投產周期短參朮
考文獻［１］姚文斌，伍淳華．中國災備標準和產業發展現狀［ｊ］．中興通訊技［２］張濤．鐵路排程指揮中心容災系統的研究［ｄ］北京：北京交通大
學，２０１０
儲存層面的資料複製獨立於主機平台和應用系統．主機系
［３］鞠召豔．鐵路客票發售系統災難備份測試環境的研究與實現［ｄ］．
北京：北京交通大學，２０１０．
統和應用系統均不需作任何改變即可實現災難備份系統建設，對系統架構影響最小。而其他三種技術都需要在主機上安裝相關軟體，同時需要改變現有系統架構，這些工作不僅需要大量的開發和測試時間，而且還存在一定的風險。
（３）易於後期維護
［４］李寶峰．關於北京建設金融災備中心的研究［ｊ］．經濟特區，２０１０
［５］遊建培，苟飛．兩地三中心災備模式與實踐［ｊ］．金融電子化，２０１０
基於儲存層面的災難備份技術是利用磁碟陣列自身的技術
［６］張宗傑，黎凱倫．資料中心災備體系設計［ｊ］．華南金融電腦，
實現資料複製，不需要在主機上安裝軟體，不需要改變現有系統結構，維護和管理最為容易的。而基於主機層面、基於資料庫層面、基於應用層面的災難備份技術都需要在主機上安裝相應的軟體，維護和管理較為複雜，不便於後期維護。
［７］張飄，侯福平．資料災難備份中心機房的規劃與建設【ｊ］．電信技
術［８］楊洋．電信網路災難備份及恢復研究［ｊ］．電信科學４１
leach演算法的改進
針對無線感測器網路中的網路能耗問題，提出了改進leach簇首與簇內節點擊取的leach tr演算法，該演算法不僅利用了原leach模型形成簇的演算法,也運用了數學思想中的剩餘能量均值演算法選取簇形成節點。首先，根據根據簇首節點的閾值公式選取最優的簇首節點 其次，根據簇內節點剩餘能量與節點剩餘能量的門...
改進的LEACH演算法 物聯網作業
3.3 leach 演算法侷限性的理論分析 leach 協議的成簇思想貫穿於其後發展出的很多分簇路由協議中，該協議改進了 dd 等平面路由協議的不足，節省了節點傳輸資料所耗費的能量，從一定程度上延長了整個網路 的生存週期 但由於 leach協議每輪固定簇首之後再建立簇，故簇首開銷較大 並且要求感測器...
基於MATLAB的影象平滑演算法實現及應用
1.3 影象雜訊 一幅影象在獲取和傳輸等過程中，會受到各種各樣雜訊的干擾，其主要 有三 一為在光電 電磁轉換過程中引入的人為雜訊 二為大氣層電 磁 暴 閃電 電壓 浪湧等引起的強脈衝性衝激雜訊的干擾 三為自然起伏性雜訊，由物理量的不連續性或粒子性所引起，這類雜訊又可分成熱雜訊 散粒雜訊等。一般在影象...