Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior

        观察下图,b e分别为清晰图像a和模糊图像d的像素强度直方图,c f分别为清晰图像a和模糊图像d的水平梯度直方图,基于他们之间差异,提出L0正则先验去噪。

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_傅立叶分析

 

L0正则先验:

注:L0正则化的值是目标中非零项的个数。

记Pt(x)为文本图像x中像素强度非零的个数,Pt(x) = ||x||0

记Pt(∇x) 为文本图像x中(水平)梯度非零的个数

则 P(x) = σ Pt(x) + Pt(∇x),即为L0正则先验。σ为权重

通过L0正则先验进行文本去模糊:

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_线性代数_02

其中,y为模糊图片,k为模糊核,*为卷积操作,γ和 λ 为权重。上式等价于解以下两式子:

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_傅立叶分析_03

(4)式解法:

     基于半二次分裂L0极小化法[1],提出使用一种有效的交替最小化方法。引入辅助变量u和g=(gh,gv)T     并重写(4)为

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_傅立叶分析_04

 β 和 µ接近无穷,通过修正其他变量来独立的最小化x,u,g。其中u和g初始化为零,在每次迭代中,x的解通过解以下方程获得

 

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_动态规划_05

这个最小二乘最小化问题的封闭解为:

(注:解析解(Analytical solution) 就是根据严格的公式推导,给出任意的自变量就可以求出其因变量,也就是问题的解,然后可以利用这些公式计算相应的问题。所谓的解析解是一种包含分式、三角函数、指数、对数甚至无限级数等基本函数的解的形式。用来求得解析解的方法称为解析法(Analytical techniques),解析法即是常见的微积分技巧,例如分离变量法等。解析解是一个封闭形式(Closed-form) 的函数,因此对任一自变量,我们皆可将其带入解析函数求得正确的因变量。因此,解析解也被称为封闭解(Closed-form solution)。)

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_线性代数_06

其中F为快速傅里叶变换,Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_算法_07Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_线性代数_08

其中Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_最小化_09Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_动态规划_10为水平和垂直微分算子。

给出x则计算u和g为:

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_最小化_11

上式为基于像素最小化问题,通过[1]得

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_傅立叶分析_12

(5)式解法:

使用FFTs,参考[2]

 

(4),(5)解法伪代码

Deblurring Text Images via L0-Regularized Intensity and Gradient Prior(通过L0正则先验进行文本去模糊)_线性代数_13

参考文献:

[1] L. Xu, C. Lu, Y. Xu, and J. Jia. Image smoothing via l0 gradient minimization. ACM Trans. Graph., 30(6):174, 2011.

[2] S. Cho and S. Lee. Fast motion deblurring. ACM Trans. Graph., 28(5):145, 2009