In recent years, patch-based image restoration approaches have demonstrated superior performance compared to conventional variational methods. This paper delves into the mathematical foundations underlying patch-based image restoration methods, with a specific focus on establishing restoration guarantees for patch-based image inpainting, leveraging the assumption of self-similarity among patches. To accomplish this, we present a reformulation of the image inpainting problem as structured low-rank matrix completion, accomplished by grouping image patches with potential overlaps. By making certain incoherence assumptions, we establish a restoration guarantee, given that the number of samples exceeds the order of $rlog^2(N)$, where $N\times N$ denotes the size of the image and $r > 0$ represents the sum of ranks for each group of image patches. Through our rigorous mathematical analysis, we provide valuable insights into the theoretical foundations of patch-based image restoration methods, shedding light on their efficacy and offering guidelines for practical implementation.


翻译:近年来,基于块的图像恢复方法已展现出优于传统变分方法的性能。本文深入探讨基于块的图像恢复方法的数学基础,重点关注在块间自相似性假设下建立基于块的图像修复恢复保证。为此,我们将图像修复问题重新表述为结构化低秩矩阵补全问题,通过将可能存在重叠的图像块进行分组实现。在做出某些非相干性假设的前提下,我们建立了恢复保证:当采样数超过 $r\log^2(N)$ 阶时,其中 $N\times N$ 表示图像尺寸,$r > 0$ 代表每组图像块的秩之和。通过严谨的数学分析,我们为基于块的图像恢复方法的理论基础提供了宝贵见解,揭示了其有效性并为实际实现提供了指导原则。

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