场内外特征融合的残缺图像精细修复

徐涛; 周纪勇; 张国梁; 蔡磊

doi:10.37188/OPE.20212910.2481

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场内外特征融合的残缺图像精细修复

信息科学 | 更新时间：2021-11-01

- 场内外特征融合的残缺图像精细修复
- Fine restoration of incomplete image with external features and image features
- 光学精密工程 2021年29卷第10期页码：2481-2494
- 作者机构：
  
  1.河南科技学院人工智能学院，河南新乡 453003
  2.河南科技学院机电学院，河南新乡 453003
  3.国家电网全球能源互联网研究院有限公司，北京 102209
- 作者简介：
  
  [ "徐　涛（1981-），男，河南新乡人，博士，讲师，硕士研究生导师，2017年于北京工业大学获得博士学位，主要从事智能机器人环境感知、机器视觉等方面的研究。E-mail： xutao@hist.edu.cn" ]
  [ "周纪勇（1995-），男，河南漯河人，硕士研究生，2019年于绥化学院获得学士学位，现于河南科技学院攻读硕士研究生，研究方向为图像处理。E-mail： zhoujiyong2020@126.com周纪勇（1995-），男，河南漯河人，硕士研究生，2019年于绥化学院获得学士学位，现于河南科技学院攻读硕士研究生，研究方向为图像处理。E-mail： zhoujiyong2020@126.com" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2019YFB1311000);河南省科技攻关资助项目(212102210161;182102210302);河南省高等学校重点科研资助项目(21A520013)
- DOI：10.37188/OPE.20212910.2481
  中图分类号： TP394.1;
- 收稿日期：2021-03-25，
  
  修回日期：2021-05-24，
  
  纸质出版日期：2021-10-15
- 稿件说明：
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徐涛,周纪勇,张国梁等.场内外特征融合的残缺图像精细修复[J].光学精密工程,2021,29(10):2481-2494.

XU Tao,ZHOU Ji-yong,ZHANG Guo-liang,et al.Fine restoration of incomplete image with external features and image features[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2481-2494.
徐涛,周纪勇,张国梁等.场内外特征融合的残缺图像精细修复[J].光学精密工程,2021,29(10):2481-2494. DOI： 10.37188/OPE.20212910.2481.

XU Tao,ZHOU Ji-yong,ZHANG Guo-liang,et al.Fine restoration of incomplete image with external features and image features[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2481-2494. DOI： 10.37188/OPE.20212910.2481.

摘要

针对当目标特征严重缺失时现有图像修复方法未能充分利用完整区域预测缺失区域特征，造成修复结果特征不连续、细节纹理模糊等问题，本文提出一种基于场内外特征（EFIF）融合的残缺图像精细修复方法。首先，利用改进的动态记忆网络（DMN+）算法将残缺图像的场内特征及相关的场外特征融合，生成包含场内外特征的残缺图像优化图；其次，构建带有梯度惩罚约束条件的生成对抗生成网络，指导生成器对优化后的残缺图像进行粗修复，获得待修复目标的粗修复图；最后通过相关特征连贯的思想对粗修复图进一步优化，得到最终的精细修复图。在三个复杂度不同的图像数据集仿真验证，并与现有占主导地位的修复模型进行视觉效果和客观数据比对。实验结果显示：本文模型修复的结果在纹理结构上更加合理，在视觉效果和客观数据均优于其他模型，在最有挑战性的Underwater Targe数据集中所提算法峰值信噪比（PSNR）最高为27.01，结构相似性指数（SSIM）最高为0.949。

Abstract

When large areas of an image are missing owing to unspecified factors

existing image restoration models usually cannot repair the image effectively

leading to repair results that suffer from discontinuity in their characteristics. This study proposes a fine restoration method for incomplete images with external and image features. First

we improved the dynamic memory networks (DMN+) in our study. DMN+ scheme combines the in-field features of an incomplete image and the related off-field features

generating an optimized image of the defective image containing external and image features. Next

a generative adversarial generative network with piecewise gradient penalty constraints is constructed. The network instructs the generator to perform a coarse repair on the optimized mutilated image

which results in a coarse repair image of the target to be repaired. Finally

the coarse restoration map is further optimized based on the idea of coherence of related features

and a final fine restoration image is obtained. The algorithm proposed here is verified on three image data sets with varying complexities. Moreover

the visual effects and objective data results of the proposed algorithm are compared with those of the existing dominant restoration model. The restoration results of our model are more structurally sound in terms of texture. Furthermore

our model is superior to other models in terms of both visual effects and objective data. The peak signal-to-noise ratio in the most challenging Underwater Targe dataset is 27.01

with a structural similarity index of 0.949.

关键词

Keywords

references

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