《數(shù)字圖像處理》PPT課件

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1、第五章圖像復(fù)原圖像退化/復(fù)原過程的模型噪聲模型僅噪聲存在情況下的空間濾波復(fù)原頻域?yàn)V波消減周期噪聲線性、位置不變的退化估計(jì)退化函數(shù)逆濾波最小均方誤差濾波約束最小二乘方濾波器幾何均值濾波幾何變換圖像在形成、記錄、處理和傳輸過程中,由于成像系統(tǒng)、記錄設(shè)備、傳輸介質(zhì)和處理方法得不完善，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，稱為圖像退化.圖像復(fù)原是試圖利用退化過程的先驗(yàn)知識(shí)使已退化的圖像恢復(fù)本來面目,即根據(jù)退化的原因,分析引起退化的環(huán)境因素,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并沿著使圖像降質(zhì)的逆過程恢復(fù)圖像.目的在于消除或減輕在圖像獲取以及傳輸過程中造成的圖像品質(zhì)下降,恢復(fù)圖像的本來面目.因此,復(fù)原技術(shù)就是把退化模型化,并采用相反的

2、過程進(jìn)行處理,以便復(fù)原出原圖像.圖像復(fù)原與圖像增強(qiáng)聯(lián)系緊密圖像復(fù)原通常會(huì)涉及到設(shè)立一個(gè)最佳的準(zhǔn)則,它將會(huì)產(chǎn)生期望的最佳估計(jì).對(duì)比而言,圖像增強(qiáng)技術(shù)基本上是一個(gè)探索性過程,為了人類視覺系統(tǒng)的生理接受特點(diǎn)而設(shè)計(jì)一種改善圖像的方法.圖像復(fù)原技術(shù)的分類：在給定退化模型條件下，分為無約束和有約束兩大類根據(jù)是否需要外界干預(yù)，分為自動(dòng)和交互兩大類根據(jù)處理所在得域，分為頻域和空域兩大類5.1圖像退化/復(fù)原模型退化函數(shù)H復(fù)原濾波退化復(fù)原圖5.1圖像退化/復(fù)原過程的模型圖像復(fù)原的關(guān)鍵在于建立圖像退化模型,圖像的退化模型反映圖像退化的原因.通常將退化原因作為線性系統(tǒng)退化的一個(gè)因素來對(duì)待,從而建立系統(tǒng)退化模型來近

3、似描述圖像函數(shù)的退化.如果系統(tǒng)H是一個(gè)線性、位置不變性的過程，那么在空間域中給出的退化圖像可由下式給出：這兩個(gè)公式是本章大部分內(nèi)容的基礎(chǔ)。(5.1.1)(5.1.2)5.2噪聲模型數(shù)字圖像的噪聲主要來源于圖像的獲取(數(shù)字化過程)和傳輸過程：噪聲的空間和頻率特性:頻率特性指噪聲在傅立葉域的頻率內(nèi)容.空間特性:除周期噪聲以外,假設(shè)噪聲獨(dú)立于空間坐標(biāo),并且它與圖像本身無關(guān)聯(lián).空間噪聲利用退化模型中噪聲分量的灰度值統(tǒng)計(jì)特性來表示,可以被認(rèn)為是由概率密度函數(shù)表示的隨機(jī)變量.圖像處理中常用的概率密度函數(shù)(PDF)有：高斯噪聲、瑞利噪聲、伽馬噪聲、指數(shù)分布噪聲、均勻分布噪聲、脈沖(椒鹽)噪聲一些重要的概

4、率密度函數(shù)高斯噪聲瑞利噪聲瑞利密度對(duì)于近似偏移的直方圖十分適用.伽馬(愛爾蘭)噪聲指數(shù)分布噪聲為b=1時(shí)愛爾蘭概率分布的特殊情況.均勻分布噪聲脈沖(椒鹽)噪聲高斯瑞利伽馬指數(shù)均勻椒鹽周期噪聲(a)由正弦噪聲污染的圖像(b)圖像譜(與一個(gè)正弦波相對(duì)應(yīng)的每一對(duì)共軛脈沖)在圖像獲取中從電力或機(jī)電干擾中產(chǎn)生.惟一一種空間依賴型噪聲.周期噪聲可以通過頻率域?yàn)V波顯著減少.噪聲參數(shù)的估計(jì)(1)周期噪聲的參數(shù)可以通過檢測圖像的傅立葉譜來進(jìn)行估計(jì).(2)噪聲PDF的參數(shù)一般可以從傳感器的技術(shù)說明中得到,但對(duì)于特殊的成像裝置常常有必要去估計(jì)這些參數(shù).(3)當(dāng)只有傳感器產(chǎn)生的圖像可用時(shí),?？梢詮暮侠淼暮愣ɑ叶戎?/p>

5、的一小部分圖像估計(jì)PDF的參數(shù).計(jì)算一小塊帶有(a)高斯(b)瑞利(c)均勻噪聲的圖像的直方圖計(jì)算小塊圖像的灰度值的均值和方差.考慮由S定義的一條子帶(子圖像)5.3噪聲存在下的惟一空間濾波復(fù)原當(dāng)一幅圖像中惟一存在的退化是噪聲時(shí),(5.1.1)式和(5.1.2)式變成:噪聲項(xiàng)是未知的.當(dāng)僅有加性噪聲存在時(shí),可以選擇空間濾波方法.這一特殊情況下,圖像的增強(qiáng)和復(fù)原幾乎一樣.除通過一種特殊的濾波來計(jì)算特性之外,執(zhí)行所有濾波的機(jī)理完全如在3.5節(jié)中討論過的那樣.均值濾波器(1)算術(shù)均值濾波器:這個(gè)操作可以用系數(shù)為1/mn的卷積模板來實(shí)現(xiàn).均值濾波器(2)幾何均值濾波器:(3)諧波均值濾波器(4)逆

6、諧波均值濾波器:(a)電路板的X射線圖像(b)由附加高斯噪聲污染的圖像(c)用3×3算術(shù)均值濾波器濾波的結(jié)果(d)用3×3的幾何均值濾波器濾波的結(jié)果算術(shù)均值和幾何均值都能衰減噪聲,但比較而言,幾何均值濾波器較難使圖像變模糊.(a)以0.1的概率被”胡椒”噪聲污染的圖像(b)以0.1的概率被”鹽”噪聲污染的圖像(c)用3×3大小、階數(shù)為1.5的逆諧波濾波器濾波的結(jié)果(d)用Q=-1.5濾波(b)的結(jié)果算術(shù)和幾何適合處理高斯或均勻等隨機(jī)噪聲,諧波更適于處理脈沖噪聲,但必須知道是暗噪聲還是亮噪聲,以便選擇Q值符號(hào).在逆諧波濾波中錯(cuò)誤地選擇符號(hào)的結(jié)果(a)原圖像(b)用3×3的大小和Q＝－1.5的

7、逆諧波濾波器濾波的結(jié)果(c)用Q=1.5濾波的結(jié)果順序統(tǒng)計(jì)濾波器中值、最大值、最小值濾波器(1)中點(diǎn)濾波器這種濾波器結(jié)合了順序統(tǒng)計(jì)和求平均，對(duì)于高斯和均勻隨機(jī)分布這類噪聲有最好的效果。在濾波器涉及范圍內(nèi)計(jì)算最大值和最小值之間的中點(diǎn)：順序統(tǒng)計(jì)濾波器(2)修正后的阿爾法均值濾波器(a)由概率Pa=Pb=0.1的椒鹽噪聲污染的圖像(b)用尺寸為3×3的中值濾波器處理的結(jié)果(c)用該濾波器處理(b)的結(jié)果(d)用相同的濾波器處理