Criminisi图像修复算法的研究

刘永++朱元培++李尊

摘要：待修复区域的标记、优先权、最佳匹配模块的搜索及填充和更新置信度是影响Criminisi修复算法的主要的因素。本文采用控制变量的方法进行实验，实验表明：在合理的基础上标记待修复区域，能提高图像的修复质量，为Criminisi图像修复算法的改进提供理论支持。

关键词：Criminisi图像修复算法；修复区域标记；优先权；最佳匹配模块

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0161-03

1 引言

图像修复技术是利用图像原有的信息，完成残缺图像的修复[1]。

2004年Criminisi等人使用纹理信息修复的同时，加入结构信息，取得了不错的效果，并将这种方法称为Criminisi算法[2]。

本文针对Criminisi图像修复算法各个步骤进行实验分析，探究影响修复效果的因素，为Criminisi算法的改进提供理论的支持。

2 Criminisi图像修复算法

（见图1）其中：为图片残缺部分；为图片残缺部分的界线；为图片完整部分。

Criminisi算法根据优先权公式确定需要修复的区域，并根据一定的匹配原则在整个图片进行搜索并填充，直至修复完成。

Criminisi算法根据下列公式，确定目标块的优先权，并根据式（4）选取最佳匹配模块进行修复。

（1）

（2）

（3）

其中，为置信度；为数据项。

（4）

3 Criminisi算法的分析

3.1 待修復区域的标记

使用白色作为标记色，并数学形态学中的腐蚀与膨胀[3]的原则，对需要修复的区域进行标识，能够避免人工标记对待修复区域的结构信息和纹理信息的破坏，减少错误信息的累积，改善修复结果。

3.2 优先权的改进

Criminisi修复算法中，优先权的计算决定目标修补顺序。

文献[4]中，利用加权的形式，修复质量有所提升；文献[5]中，利用曲率的变化确定目标块的填充次序。

3.3 匹配模块搜索与填充

模板大小是匹配模板搜索与填充存在关键的因素。模板选的相对较大，可以缩短修复时间，但是极易出图像脱节的现象；模板选的相对较小，能很好的处理边缘结构信息，但可能失去整体纹理的视觉效果，且计算机内耗较大。

文献[6]中，使用了对匹配块进行再筛选的方法，提升了图像的修复水平；文献[7]采用测量像素点间的空间距离的原则，并结合全局搜索。

4 仿真实验结果分析

图2是待修复图像。峰值信噪比能够客观的评价画质，能判断修复结果的好坏。

实验1区别是否采用数学形态学进行预处理的对比试验，图3与表1是实验结果。经数学形态学处理的不和谐像素块较少，效果更好。

实验2是优先权的对比试验，图4与表2是实验结果。经过改进的算法效果更好，但从客观数据来看改进的优先权能改进图像的修复质量，提升视觉效果。

实验3是不同模板大小的对比试验，图5与表3是实验结果。模板的效果最差，次之。因此选择合适的模板大小同样也可提高修复效果。

实验4是不同匹配原则的对比试验，图6与表4是实验结果。其中（c）的图像无明显修复痕迹。因此改进的匹配原则提升了修复的效果，（c）的提升最为理想。

5 结语

本文在研究Criminisi图像修复算法及其改进算法的基础上，对其修复影响因素进行研究。待修复区域的标记、优先权、匹配模板的大小和匹配原则对Criminisi算法都有影响。

参考文献

[1]Bertalmio M，Sapiro G， Caselles V et al.Image inpainting [C].Proceedings of International Conference on Conputer Graphics and Interactive Techniques，John Seely Brown，USA，2000：417-424.

[2]Criminisi A，Perez P， Toyama K. Region filling and object removal by exemplar based inpainting[J].IEEE Trans. Image Process，2004，13（9）：1200-1212.

[3]任获荣.数学形态学及其应用[D].西安：西安电子科技大学，2004.

[4]郭勇，王梅.基于改进样本块的数字图像修复算法研究[J].软件导刊，2013，12（10）：156-158.

[5]常晨，尹立新，方宝龙.一种改进的Criminisi图像修复算法[J].计算机应用与软件，2012，29（9）：238-267.

[6]胡文瑾，王维兰，刘仲民.一种基于样本块的快速图像修复算法[J].数据采集与处理，2011，26（6）：626-630.

[7]潘姣君，谢伙生.结合灰度共生矩阵和熵的图像修复算法[J].图形、图像与多媒体，2012，31（21）：44-49.