为什么像全变分这样的稀疏先验选择将导数集中在少量像素上?

信息处理 图像处理 反卷积 盲反卷积 逆问题 稀疏模型
2022-01-19 07:42:03

在进行图像反卷积(去模糊)时,人们经常利用先验来摆脱问题的困扰。一个非常常见的先验是全变,一个稀疏的先验。与高斯先验相比,它应该更好,因为它将导数集中在少量像素上,这满足了人们对清晰图像的假设。所以我的问题是:我们如何理解稀疏先验(例如总变异)将导数集中在少量像素上,而高斯先验则不能。谢谢。

1个回答

我将我的答案分为 3 个部分。

图像导数的分布

拍摄真实世界的图像,任何图像。
在其上应用导数算子(即对其应用内核[1,1]
显示过滤图像的直方图。

我拍了这张照片:

在此处输入图像描述

我得到的直方图是这样的:

在此处输入图像描述

此分布与拉普拉斯分布非常相似
显然,这种分布是“稀疏的”,即大多数值为 0(或接近),很少有不同的值。
在现实世界中,我们假设大多数很小但不为零的值实际上是由噪声引起的。

全变分优化问题

看优化函数:

x^=argminxHxy2+λGx1

其中 $H$ 是模糊运算符,$G$ 是导数运算符。H is the Blur Operator and G is the Derivative Operator.

现在,您可以从稀疏的角度来看待它,也可以将其视为给定梯度的拉普拉斯先验的 MAP 解决方案。

如上所述,它非常适合真实世界的图像。

稀疏优化

看优化函数:

x^=argminxHxy2+λGx0

其中 $H$ 是模糊运算符,$G$ 是导数运算符。H is the Blur Operator and G is the Derivative Operator.

这个优化问题显然促进了稀疏解决方案(相对于导数)。
然而,这是一个非常难以解决的问题。
因此表明,在某些情况下,$ {\ell}_{1} $ 问题的解决方案与此解决方案一致。 1 coincide with this solution.

此外,通过查看不同范数的单位球面(以及伪范数 $ {\ell}_{o} $,或更准确地说是基数函数),您可以了解为什么它促进的稀疏解的范数越低。o, or more correctly Cardinality Function) you can see why the lower the norm the Sparse Solution it promotes.

总而言之,你对同一个问题有很多观点。