社区

图像是人们获取信息和交换信息的一种重要信息源，图像质量的好坏直接决定了后续应用及处理的性能。现实中的图像在生成、数字化和传输过程中常常受到各种噪声的干扰和影响而降低质量，称为含噪图像或噪声图像。为了抑制噪声，改善图像质量，便于更高层次的处理，作为纳斯达克上市企业“微美全息US.WIMI”旗下研究机构“微美全息科学院”的科学家们对图像进行去噪处理，这种减少图像噪声的过程称为图像去噪，又称为图像滤波或平滑。图像去噪作为图像分析的预处理步骤，一直是图像处理和计算机视觉领域的一项基础性工作。

在过去的几十年里，已经有了大量的图像去噪方法。这些方法大致可以分为两类：空间域方法和变换域方法。其中空间域方法主要利用了图像中各像素随机噪声之和为零的特点，常用的空间域滤波方法有均值滤波法（邻域平均法）、中值滤波法、高斯滤波法、双边滤波法和维纳滤波法等。变换域方法通过数学变换，在变换域上把信号和噪声分离，然后把噪声过滤掉，剩下的就是信号。其基本思想其实就是首先进行某种变换，将图像从空间域转换到变换域，然后从频率上把噪声分为高中低频噪声，用这种变换域的方法就可以把不同频率的噪声分离，之后进行反变换将图像从变换域转换到原始空间域，最终达到去除图像噪声的目的。

常用的变换域滤波方法主要有傅里叶变换法、离散余弦变换法、多尺度几何分析法和小波变换法等。后来又出现了一种精心设计的自适应空间估计策略—非局部平均(Non-Local Means,NL-Means)算法。这种方法不同于变换域方法，它的基本思想是建立图像的逐点估计，其中每个像素的像素值均用某些区域的中心像素的加权平均值来进行估计，这些区域与以待估计像素为中心的区域相似。该估计是非局部的，因为这种加权平均原则上可以在图像中的所有像素上进行。该算法由Buades在2005年提出，与常用的双线性滤波、中值滤波等利用图像局部信息进行滤波不同，它利用了整幅图像来进行去噪，以图像块为单位在图像中寻找相似区域，再对这些区域求平均，因而能够较好地去掉图像中存在的噪声。这种方法的一个重要扩展是基于样本的估计器，它利用成对假设检验来定义自适应非局部估计邻域，并可获得与最好的基于变换技术所产生的结果相媲美的结果。

再后来又出现了一种更先进的图像滤波算法—三维块匹配滤波（Block-matching and 3D filtering，BM3D）算法，可以说它是目前为止效果最好的去噪算法之一，能够得到迄今为止最高的峰值信噪比（PSNR），因而可以更好地恢复出图像的某些细节信息。BM3D的思想跟NL-Means有点类似，也是在图像中寻找相似块的方法进行滤波，但是相对于NL-Means要复杂得多。它不但吸收了NL-Means算法中计算相似块的方法，而且还同时融合了小波变换域滤波去噪的方法，因而同时具有空间域滤波和变换域滤波的优点。BM3D的基本原理是：首先将一幅图像分割成尺寸较小的像素块，选定参考块后，寻找与参考块相似的所有像素块并将它们组成一个三维块组。然后将所有相似块进行三维变换。将变换后的三维块进行阈值收缩，这也是除去噪声的过程。然后进行三维逆变换。最后将所有的三维块组通过加权平均后还原到图像中。BM3D算法的具体实现流程如图1所示，下面分别展开介绍其具体步骤：

（1）块匹配分组。分组的过程是找到所有组内相似图块并且堆叠在一起的过程。有很多种方法可以实现分组过程，最常用的是利用距离的倒数来作为阈值参数，实现相似图块的查找：当距离的倒数小于这个阈值参数，那么这两个块就是相似的。所以距离越小代表着两个图块越相似。而距离的计算方法有多种，如加权欧式距离，扩展角度距离等等。

（2）协同滤波。从字面上理解，协同的意思是利用每个分组的块协同滤波所有这个组内的其他块。因此，对于每个组，这种协同平均产生所有分组块的估计。因为这些分好组的块有很大的相似性，所以无论信号块有多复杂，只要这些组包含大量块，我们都可以获得非常好的估计。此时，块的最终估计误差仅由与组中的块数成反比的残差方差引起。

（3）加权聚合。加权像素平均后得到每个目标块的每一个像素平均值。因为每个组的估计值都可能有多个，所以需要对每个估计值计算加权平均值(聚合)才可以得到最终的估计值，经过两轮聚合之后便可以得到比较让人满意的去噪图像。目前BM3D已成功应用于视频去噪、去模糊、超分辨率和压缩感知等领域。

图1BM3D算法的具体实现流程

可以预见，未来必定是BM3D的天下，相比于非局部均值算法其噪声更少，图像细节恢复更多。当然，它也有一个比较大的缺点，那就是算法复杂度实在太高，在实际应用中很难实现实时处理。因此，如何提高BM3D算法的计算效率将是未来的一个研究难点和热点所在。

微美全息科学院成立于2020年8月，致力于全息AI视觉探索科技未知，以人类愿景为驱动力，开展基础科学和创新性技术研究。全息科学创新中心致力于全息AI视觉探索科技未知, 吸引、集聚、整合全球相关资源和优势力量，推进以科技创新为核心的全面创新，开展基础科学和创新性技术研究。微美全息科学院计划在以下范畴拓展对未来世界的科学研究：

一、全息计算科学：脑机全息计算、量子全息计算、光电全息计算、中微子全息计算、生物全息计算、磁浮全息计算

二、全息通信科学：脑机全息通信、量子全息通信、暗物质全息通信、真空全息通信、光电全息通信、磁浮全息通信

三、微集成科学：脑机微集成、中微子微集成、生物微集成、光电微集成、量子微集成、磁浮微集成

四、全息云科学：脑机全息云、量子全息云、光电全息云

以下是微美全息科学院的部分科学家成员：

李徐周，山东大学计算机科学与技术学院博士，是模式识别与图像处理方向学术带头人。近年来一直从事模式识别与图像处理等领域的研究、开发与应用工作。在模式识别、图像处理等方面打下良好的工作基础。近年来已在模式识别、图像处理等方向发表多篇学术论文。

郑玉洁，重庆大学博士学位，研究方向包括产品设计变更管理、VR/AR驱动商业模式创新，参与发表多篇期刊论文。

刘湘辉，国防科技大学计算机工程与科学专业博士，研究方向包括成像卫星任务规划、无线传感器网络以及公路工程管理软件应用等。曾参加多项国家自然科学基金，其中，其在无线传感器网络方面的相关研究论文曾被《计算机研究与发展》、《电子与信息学报》、《软件学报》以及若干国际会议录用和发表。

丁凯，华中科技大学电力电子与电力传动专业博士，研究方向包括电子电力学仿真技术，电动汽车、电池管理系统等，曾主导过多项相关的研究项目。

郭松睿，湖南大学计算机科学技术工学博士，曾在中科院科学计算国家重点实验室合现实技术研修班学习混合现实，增强现实技术，参与研发多个重点项目。

江涛，中国科学院沈阳自动化研究所博士，机器人学国家重点实验室，研究方向为微型仿生飞行器的气动/结构设计、控制与系统开发，在2018年获得ICRCA-2018机器人EI国际会议"最佳论文奖"。

杨军超，重庆邮电大学通信与信息工程学院信息与通信工程专业博士研究生，长期研究虚拟现实、5G多媒体传输优化、基于MEC的智能转码优化，以第一作者发表SCI/EI论文6篇，中文核心1篇，申请专利4项。

李维娜，2017年博士毕业于韩国忠北国立大学的信息和通信工程学院。主攻数字全息（digital holography）拓展到机器学习（machinelearning）领域，特别是对U型网络（U-net）的改进和应用。

曲晓峰，香港理工大学博士，主要研究生物特征识别、机器视觉、模式识别，与绿米联创合作进行嵌入式产品算法、深度学习应用、图像与视频相关算法以及生物特征识别相关产品的开发。

危昔均，香港理工大学康复治疗科学系博士，主要研究基于虚拟现实技术的康复系统搭建及相关临床和基础研究。

单羽，昆士兰科技大学数字媒体研究中心（澳大利亚）博士，研究方向为虚拟现实娱乐产业与亚洲创意经济，曾参加多场虚拟现实产业的国际学术会议并发表主题演讲，发表多篇以“虚拟现实艺术”相关的学术论文，并参与国内多个虚拟现实娱乐产业领域的项目研究。

刘超，新加坡南洋理工大学博士，主要研究方向为人工智能预测过渡金属氢化物金属氢键键长与解离能和环式加成反应中量子力学/分子力学反应机理研究，曾参与过流程模拟软件的开发与研究。

张婷，美国西北大学博士后，香港大学博士，海外高层次人才孔雀计划C类，主要从事VR/MR关键技术研发应用和复杂服务系统优化等研究，发表全息专利5项。获全国＂挑战杯＂创业计划大赛湖北省一等奖，华中科技大学一等奖。

姚卫，湖南大学计算机科学与技术工学博士，主要研究方向：忆阻神经网络及其动力学行为，应用于：图像处理、安全通信。基于VDCCTA具有长时记忆特性的忆阻器电路及其构成的神经网络。

彭华军，博士，毕业于香港科技大学显示技术研究中心（CDR），从事硅基液晶器件、AMOLED材料与器件、TFT器件、显示光学等研发工作。彭博士一直从事信息显示领域前沿工作，涵盖电视图像色彩管理、AMOLED生产制造、微显示芯片设计与制造、投影与近眼显示光学等。

陈能军，中国人民大学经济学博士、上海交通大学应用经济学博士后。主要从事文化科技和产业经济的研究，近年来在版权产业领域研究方面有较好的建树。

潘剑飞，香港理工大学博士学位，现为广东省高校“千百十工程”人才，深圳市海外高层次人才，深圳市高层次人才、深圳大学优秀学者。研究领域主要为自动化+VR应用、先进数字化制造、数字制造全息孪生工厂、机器人等。

杜玙璠，北京交通大学光学工程博士，取得与显示产品相关专利20余项，发表期刊文章3篇，曾打造全球最高分辨率的8K*4K的VR产品，并提出了采用光场显示技术，解决VR辐辏冲突问题；推出首款国产化率100%的单目AR眼镜，第一次联合提出基于未来空间信息的非接触式交互的操作系统概念（System On Display）。

伍朝志，深圳大学光机电工程与应用专业博士，研究方向主要为精密/微细电解加工，发表过多篇期刊论文和会议论文，获得三项相关专利，曾参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划重点项目等。

丁茹，中国社会科学院，数量经济研究所的技术经济及管理博士，从事大数据与数字经济、创新发展研究、科研项目管理等领域，主要研究领域为科技服务、产业经济研究、技术创新与创业。

翟振明，美国肯塔基大学博士毕业，曾撰写英文专著《Get Real:A Philosophical Adventure in Virtual Reality》，该书对虚拟现实和扩展现实发展趋势进行技术迭代预言并得到相关印证，此著作被美国评论者认为“有可能在虚拟现实技术和哲学两个领域都成为里程碑性的著作”。

陆建勋，深圳大学工学博士，其主要产学研方向为虚拟现实技术应用、智能制造技术及相关设备开发等，在相关领域有着广泛而深刻的研究，并发表过多篇期刊论文。

张鑫，湖南大学计算机科学与技术工学博士，主要研究硬件电路前后仿真，并进行实际的芯片设计工作，有丰富的整套流流程的经验，如集成电路设计、性能仿真、版图设计、版图验证、前后仿真、流片及封装测试等。

洪岳，瑞典乌普萨拉大学工程科学学院博士。研究方向包括全息计算机科学、半导体光电、自动化与信息工程、通信系统等等。研究方向主要有沉浸式现场娱乐，跨文化研究、用户体验、本地化策略、沉浸式戏剧等等，其拥有众多光路设计作品，曾获2014上海青年创意基金相关奖项。

王璨，哈尔滨工业大学电气工程博士,德国慕尼黑工业大学,电力电子与电力传动研究所,联合培养博士。研究领域有电力电子工业VR技术应用、新一代全息孪生工厂技术、工业4.0等。发表了多篇相关领域的期刊论文，联合取得相关专利3项。

刘艺涛，新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院博士。参与发表过多篇相关领域的学术论文。

刘云，浙江大学电力系统及其自动化工学博士，主要研究方向包括微网/主动配网分布式优化控制等。参与发表过多篇相关领域期刊论文和会议论文，联合发明专利一项，参与/主持多项科研项目，包括图像信息处理与智能控制教育部重点实验室开放基金(IPIC2019-02),多能源集成优化调度等。

胡国庆，北京大学电子学系博士、博士后，参著学术专著一部，发表SCI/EI/ISTP等高质量学术论文40余篇，申请发明专利17项；主持国家及省市级科研项目六项，参研国家级项目十余项。

袁志辉，中国科学院大学（中国科学院电子学研究所），通过硕博连读获得通信与信息系统专业博士学位，主要研究方向：（1）InSAR信号处理；（2）信号分析与处理。

彭福来，北京理工大学电子科学与技术专业的工学博士。长期从事电子信息、人工智能、大数据处理、医学信号处理等领域的研究工作。在电子信息、人工智能、大数据处理、医学信号处理分析、生理信号检测等方面具备丰富的研究开发经验。发表论文10余篇，申请专利20余项。

林炯康，香港理工大学电力电子与电力传动专业博士，主要研究方向为工业VR引擎等。曾在诺丁汉大学电子与电机工程系负责控制算法的研究和测试，软件的开发与维护等。发表SCI论文多篇。

张铸，香港理工大学电气工程系博士，研究项目包括VR工业培训系统设计，电机控制器设计与优化等，且参与了多项国家自然科学基金的项目，取得多项相关科技成果，包含一项发明专利、三项实用新型专利和两项软件著作权。

徐翠东，香港理工大学博士，研究方向包括电气工程、电力电子的智能应用等，参与发表多篇期刊论文和会议论文。

李社，哈尔滨工业大学博士，主要研究方向为手性光子晶体、手性光子晶体光纤及传感。发表论文多篇，其中SCI检索3篇，EI一篇。

乔牧，哈尔滨工程大学博士，研究方向包括VR设计原理等，发表过多篇科技论文。

滕达，中国铁道科学研究院博士，研究方向包括计算机科学与技术自然语言处理、信息工程及控制等，曾主持多项相关课题的研究，参与发表多篇学术论文，已申请发明专利3项。

田雪松，哈尔滨工业大学博士，研究方向包括图形图像光电信息处理及传感技术、量子通讯电子物理研究、激光防护用氧化钒薄膜性能研究等，曾发表多篇相关学术论文。

朱学群，北京林业大学博士，具备交叉学科背景，擅长数理统计、量化分析、科学管理，主导多个重点全息AR项目实施，在材料、显示理论与研究很深的行业经验。

李迁，北京科技大学博士，研究方向包括材料加工分析、镀膜、工业VR等，在激光共聚焦显微镜、扫描电镜、透射电镜等进行深入研究，对于分子材料、材料连接技术方向曾参与发表多篇相关论文。

赫万佳，香港理工大学博士，主要研究基于虚拟现实技术的康复系统及相关临床和基础研究，曾参与发表多篇相关论文及多个相关项目的研究。

周福礼，重庆大学博士。主要研究方向包括VR/AR驱动商业模式创新、大数据商务分析等，发表相关论文30余篇，其中SCI/SSCI检索10余篇，EI期刊12篇，CSSCI 1篇。

刘伟星，中国科学院大连化学物理研究所博士，研究方向包括AR衍射光波导的光栅设计，包括效率、显示均匀性、成像质量优化、AR技术技术路线的探索和调研等。曾发表多篇相关论文及主导多个相关项目，且获已授权专利8项。

李庆普，上海理工大学博士，在虚拟现实领域有丰富的研究经验及项目实践经验，曾参与基于计算机触觉技术的虚拟医疗仿真技术研究、汽车模拟驾驶仿真研究、多体感VR硬件研发及VR实训安全教育等多个项目。其已发表多篇相关论文并取得多项专利。

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