超分辨率算法研究综述

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1、第３９卷第１期山东大学学报（工学版）２００９年２月Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＤＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ）Ｆｅｂ．２００９文章编号：１６７２３９６１（２００９）０１０００１０６超分辨率算法研究综述１１２浦剑，张军平，黄华（１．复旦大学计算机科学技术学院，上海２００４３３；２．西安交通大学电信学院，陕西西安７１００４９）摘要：图像超分辨率是指利用一幅或多幅低分辨率图像，运用相应的算法来获得一幅清晰的高分辨率图像．然而，传统的基于插值和重建的方法已很难获得进一步的突破．近些年来出现的

2、基于学习的方法为超分辨率的发展重新注入了活力．通过回顾插值、重建和学习这３个层面的超分辨率算法，分析了超分辨率技术的以往研究和最新进展，着重讨论了各算法在还原质量、通用能力等方面所存在的问题，并对未来超分辨率技术的发展作了一些展望．关键词：图像处理；超分辨率；邻域嵌入；图像重建中图分类号：ＴＰ７５１１文献标志码：ＡＡｓｕｒｖｅｙｏｆｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ１１２ＰＵＪｉａｎ，ＺＨＡＮＧＪｕｎｐｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＨｕａ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈ

3、ａｉ２００４３３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｏａｌｏｆｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｔｏｇｅｔｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｍａｇｅｓｆｒｏｍａｔｌｅａｓｔｏｎｅｌｏｗｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｍａｇｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂａｓｅｄ）ｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｄ

4、ｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｍａｋｅｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓ．Ｔｈｅｅｍｅｒｇｉｎｇｌｅａｒｎｉｎｇｂａｓｅｄｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｂｒｅａｔｈｅｎｅｗｌｉｆｅｉｎｔｏｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｂｙｒｅｖｉｅｗｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｓｕｒｖｅｙｅｄ，ｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｔｈｅｒｏａｄｍａｐｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅ

5、ｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｎｅｉｇｈｂｏｒｅｍｂｅｄｄｉｎｇ；ｉｍａｇｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ很难实现．因此，利用现有的设备，通过超分辨率技术０引言获取ＨＲ图像（参见图１）具有重要的现实意义．ＳＴ〗图像超分辨率（ｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＳＲ）指利用一幅或者多幅低分辨率（ｌｏｗｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＬＲ）图像，通过相应的算法来获得一幅清晰的高分辨率（ｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＨＲ）图像．ＨＲ意味着图像具有高象素密度，可以提供更多的细节，这些细节往往在应用中起到图１

6、超分辨率技术示意图Ｆｉｇ．１Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ关键作用．要获得高分辨率图像，最直接的办法是采用高分辨率图像传感器，但由于传感器和光学器件制具体来说，在社会安全和反恐中，要从低分辨率【１】造工艺和成本的限制，在很多场合和大规模部署中的图像和视频中发现潜在的危险往往是很困难的，收稿日期：２００９０１１１基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０６３５０３０）；国家“８６３”高技术研究发展计划资助项目（２００７ＡＡ０１Ｚ１７６）作者简介：浦剑（１９８２），男，上海人，硕士研究生，研究方向为图像

7、处理．Ｅｍａｉｌ：０７２０２１１８６＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯作者：张军平（１９７０），男，湖南人，博士，副教授，研究方向为机器学习，图像处理等．Ｅｍａｉｌ：ｊｐｚｈａｎｇ＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ２山东大学学报（工学版）第３９卷尤其在距离较远时（＞５ｍ），人们希望能通过高分辨主要范畴：基于插值，基于重建和基于学习的方法．率图像捕获一些异常行为来提前预警．其次，传统的１．１基于插值的方法压缩技术存在理论上的上界，而如果引入超分辨技基于多帧图像插值技术的方法是超分辨率研究术，压缩前首先缩小图像，解码后再利用超分辨率技中最直观的方法．这

8、类方法首先估计各帧图像之间术还原图像，则可以进一步提高压缩率，这在手机、的相对运动信息，获得ＨＲ图像在非均匀间距采样互联网、军事等场合低比特率（ｌｏｗ