5 圖像復(fù)原 數(shù)字圖像處理 ppt

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1、第5章圖像復(fù)原圖像退化機(jī)理連續(xù)圖像退化的數(shù)學(xué)模型離散圖像退化的數(shù)學(xué)模型圖像復(fù)原的方法圖像的頻域復(fù)原法一、圖像退化機(jī)理什么是圖像的退化圖像退化原因圖像退化的處理方法什么是圖像復(fù)原圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原的區(qū)別在景物成像過(guò)程中，由于目標(biāo)的高速運(yùn)動(dòng)、散射、成像系統(tǒng)畸變和噪聲干擾，致使最后形成的圖像存在種種惡化，稱之為“退化”。退化的形式有圖像模糊或圖像有干擾等。1.什么是圖像退化2.圖像退化原因成像系統(tǒng)鏡頭聚焦不準(zhǔn)產(chǎn)生的散焦；相機(jī)與景物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；成像系統(tǒng)存在的各種非線性因素以及系統(tǒng)本身的性能；射線輻射大氣湍流等因素造成的

2、照片畸變；成像系統(tǒng)的像差、畸變、有限帶寬等；底片感光圖像顯示時(shí)會(huì)造成記錄顯示失真；成像系統(tǒng)中存在的各種隨機(jī)噪聲；無(wú)論是由光學(xué)、光電或電子方法獲得的圖像都會(huì)有不同程度的退化；退化的形式多種多樣，如傳感器噪聲、攝像機(jī)未聚焦、物體與攝像設(shè)備之間的相對(duì)移動(dòng)、光學(xué)系統(tǒng)的相差、成像光源或射線的散射等；如果我們對(duì)退化的類型、機(jī)制和過(guò)程都十分清楚，那么就可以利用其反過(guò)程來(lái)復(fù)原圖像。3.圖像退化的處理方法圖像復(fù)原是將圖像退化的過(guò)程加以估計(jì),并補(bǔ)償退化過(guò)程造成的失真,以便獲得未經(jīng)干擾退化的原始圖像或原始圖像的最優(yōu)估值，從而改善圖像質(zhì)量

3、的一種方法。圖像復(fù)原是圖像退化的逆過(guò)程。4.什么是圖像復(fù)原典型的圖像復(fù)原方法是根據(jù)圖像退化的先驗(yàn)知識(shí)建立一個(gè)退化模型，以此模型為基礎(chǔ)，采用濾波等手段進(jìn)行處理，使得復(fù)原后的圖像符合一定的準(zhǔn)則，達(dá)到改善圖像質(zhì)量的目的。圖像復(fù)原的一般過(guò)程弄清退化原因建立退化模型反向推演恢復(fù)圖像不同點(diǎn)：（1）圖像恢復(fù)是利用退化過(guò)程的先驗(yàn)知識(shí)，來(lái)建立圖像的退化模型，再采用與退化相反的過(guò)程來(lái)恢復(fù)圖像，而圖像增強(qiáng)一般無(wú)需對(duì)圖像降質(zhì)過(guò)程建立模型。（2)圖像恢復(fù)是針對(duì)圖像整體，以改善圖像的整體質(zhì)量。而圖像增強(qiáng)是針對(duì)圖像的局部，以改善圖像的局部特性，

4、如圖像的平滑和銳化。（3）圖像恢復(fù)主要是利用圖像退化過(guò)程來(lái)恢復(fù)圖像的本來(lái)面目，它是一個(gè)客觀過(guò)程，最終的結(jié)果必須有一個(gè)客觀的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；而圖像增強(qiáng)主要是用各種技術(shù)來(lái)改善圖像的視覺效果，以適應(yīng)人的心理、生理需要，而不考慮處理后的圖像是否與原圖像相符，也就很少涉及統(tǒng)一的客觀評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。相同點(diǎn)：圖像增強(qiáng)與圖像恢復(fù)都是改善給定圖像的質(zhì)量。5.圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原的區(qū)別復(fù)習(xí)系統(tǒng)的描述點(diǎn)源的概念事實(shí)上，一幅圖像可以看成由無(wú)窮多極小的像素所組成，每一個(gè)像素都可以看作為一個(gè)點(diǎn)源成像，因此，一幅圖像也可以看成由無(wú)窮多點(diǎn)源形成的。在數(shù)學(xué)上，點(diǎn)

5、源可以用狄拉克δ函數(shù)來(lái)表示。二維δ函數(shù)可定義為且滿足它的一個(gè)重要特性就是采樣特性。即當(dāng)α=β=0時(shí)它的另一個(gè)重要特性就是位移性。用卷積符號(hào)*表示為因此還有二維線性位移不變系統(tǒng)如果對(duì)二維函數(shù)施加運(yùn)算T[·]，滿足⑴⑵則稱該運(yùn)算為二維線性運(yùn)算。由它描述的系統(tǒng)，稱為二維線性系統(tǒng)。當(dāng)輸入為單位脈沖δ(x，y)時(shí)，系統(tǒng)的輸出便稱為脈沖響應(yīng)，用h(x，y)表示。在圖像處理中，它便是對(duì)點(diǎn)源的響應(yīng)，稱為點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。用圖表示為當(dāng)輸入的單位脈沖函數(shù)延遲了α、β單位，即當(dāng)輸入為δ（x–α，y–β）時(shí)，如果輸出為h（x–α，y–β），則稱

6、此系統(tǒng)為位移不變系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)二維線性位移不變系統(tǒng)，如果輸入為f（x，y）,輸出為g(x，y)，系統(tǒng)加于輸入的線性運(yùn)算為T[?]，則有簡(jiǎn)記為上式表明，線性位移不變系統(tǒng)的輸出等于系統(tǒng)的輸入和系統(tǒng)脈沖響應(yīng)（點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)）的卷積。5.2圖像退化的數(shù)學(xué)模型假定成像系統(tǒng)是線性位移不變系統(tǒng),則獲取的圖像g(x,y)表示為g（x，y）=f（x，y）*h（x，y）f(x，y)表示理想的、沒有退化的圖像，g(x，y)是退化（所觀察到）的圖像。若受加性噪聲n(x，y)的干擾，則退化圖像可表示為g（x，y）=f（x，y）*h（x，y）+n

7、(x，y)這就是線性位移不變系統(tǒng)的退化模型。退化模型如圖所示下圖表示二維線性位移不變系統(tǒng)的輸入、輸出和運(yùn)算關(guān)系h(x,y)f（x，y）g（x，y）=f（x，y）*h（x，y）H{.}+f(x,y)n(x,y)g(x,y)簡(jiǎn)單的通用退化模型圖像恢復(fù)就是在給定g(x,y)和代表退化的H的基礎(chǔ)上，得到對(duì)f(x,y)的某個(gè)近似的過(guò)程采用線性位移不變系統(tǒng)模型的原由：1）由于許多種退化都可以用線性位移不變模型來(lái)近似，這樣線性系統(tǒng)中的許多數(shù)學(xué)工具如線性代數(shù)，能用于求解圖像復(fù)原問(wèn)題，從而使運(yùn)算方法簡(jiǎn)捷和快速。2）當(dāng)退化不太嚴(yán)重時(shí)，

8、一般用線性位移不變系統(tǒng)模型來(lái)復(fù)原圖像，在很多應(yīng)用中有較好的復(fù)原結(jié)果，且計(jì)算大為簡(jiǎn)化。3）盡管實(shí)際非線性和位移可變的情況能更加準(zhǔn)確而普遍地反映圖像復(fù)原問(wèn)題的本質(zhì)，但在數(shù)學(xué)上求解困難。只有在要求很精確的情況下才用位移可變的模型去求解，其求解也常以位移不變的解法為基礎(chǔ)加以修改而成。二、連續(xù)圖像退化模型(1)如果線性成像系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)是理想的，即H[δ(x-α,y-