圖像的復原-逆濾波復原與維納濾波復原方法及比較

實用加魯東大學信息與電氣工程學院學年第——1——學期?》課程論文課程號：任課教師成績論文題目：逆濾波復原與維納濾波復原方法及比較根據課程介紹的相關內容，從圖像復原、分割、修復等方面，對目前采用的前沿的方法理論及技術進行總結分析，題目自擬。論文要求：（對論文題目、內容、行文、字數等作出判分規(guī)定。）要求論文結構合理，邏輯性強，重復率不能超過40%,內容具有一定的前沿性。對于全文抄襲、邏輯混亂等情況均判。分。題目字體黑體，小二。正文，宋體，小四，段落間距L2倍行距。字數不少于3000字。論文結尾應附至少5篇相關參考文獻。教師評語：教師簽字：年月曰精彩文檔逆濾波復原與維納濾波復原方法及比較摘要圖像復原，即利用退化過程的先驗知識，去恢復已被退化圖像的本來面目。對遙感圖像資料進行大氣影響的校正、幾何校正以及對由于設備原因造成的掃描線漏失、錯位等的改正，將降質圖像重建成接近于或完全無退化的原始理想圖像的過程。圖像在形成，記錄，處理和傳輸的過程中，因為成像系統(tǒng)，記錄設備，傳輸介質和處理方法的不完備導致圖像質量的下降，也就是常說的圖像退化。圖像復原是對發(fā)生退化的圖像進行補償，某種意義上對圖像進行改進，改善輸入圖像的質量。我的這篇論文主要介紹逆濾波圖像復原，維納濾波圖像復原等方法，以及對他們之間進行比較。關鍵詞：圖像復原、逆濾波復原、維納濾波復原圖像復原的意義復原是圖像處理的一個重要內容，它的主要目的是改善給定的圖像質量并盡可能恢復原圖像。圖像在形成、傳輸和記錄過程中，受各種因素的影響，圖像的質量都會有所下降，典型表現(xiàn)有圖像模糊、失真、有噪聲等。這一質量下降的過程稱為圖像的退化。圖像復原的目的就是盡可能恢復退化圖像本來面目。二.維納濾波的介紹圖像復原是圖像處理中的一個重要問題。對于改善圖像質量具有重要的意義。已在實際應用中被證明是有效的重要的圖像復原技術有很多，而維納濾波法提供了一種在有噪聲情況下導出反卷積傳遞函數的最優(yōu)方法，它是頻率域最常用的一種恢復方法。目前的B超聲圖像所展示的器官和組織的范圍很小，而且圖像的分辨率較低，同時偽像也較多，這樣在根據B超圖像進行病情診斷時，常常出現(xiàn)由于B超圖像模糊不清而錯誤診斷病情的情況，造成嚴重的后果。因此，利用圖像處理技術，對所獲得的實用標)B超圖像進行處理，提高超聲圖像的清晰度，就具有十分重要的意義。目前，提高B型超聲圖像的清晰度(主要是提高其橫向分辨率)主要采用超聲換能器陣列，利用動態(tài)聚焦技術和對獲得的超聲圖像進行圖像增強的處理方法。這些方法對提高B型超聲圖像的清晰度有很大幫助，但有的場合，以上的一些提高B型超聲圖像的清晰度的方法不一定適用。如在眼科B型超聲中，就不能采用換能器陣列，此時我們可以借用圖像復原的技術，采用維納濾波的方法，來提高B型超聲圖像的橫向分辨率時，得到較為真實的超聲信號的估計。同時，我們對利用單振子B超檢查儀得到的超聲模擬圖像進行了處理，提高了其橫向分辨率。三.算法：不管使用哪種技術，圖像復原的關鍵在于建立圖像退化模型，用來反應圖像退化的原因。我們通常將退化原因作為線性系統(tǒng)退化的一個因素來對待，從而建立系統(tǒng)退化模型來近似描述退化的原因。其基本思路是J\!I連續(xù)數學〔惆散教學I退化模型的建立，輸入與輸出的關系，可以用以下函數和圖像來描述：g(x:y>H[f(x.y)ly)==>,)其中g(x,y)表示退化圖像和H(x,y)表示退化算子，n(x,y)表示一種統(tǒng)計性質的信息，f(x,y)表示原始圖像。退化系統(tǒng)H具有齊次性，疊加性，線性，位置空間不變性等特性。在圖像復原處精彩文檔隹文案理中,非線性和空間變化的模型更具有普遍性和準確性，但是他給處理工作帶來困難，常常沒有解或者很難用計算機來處理，所以在數字圖像處理中常常用線性和空間不變性加以近似處理，它的優(yōu)點是，可以直接利用線性系統(tǒng)中的許多理論和方法。模型建立之后，接著要進行退化函數估計。圖像復原的主要目的是在給定退化圖像和退化函數，噪聲的了解和假設，圖像恢復可以看成是一個估計過程。如果已經給出了退化圖像g(X,y),并估計出系統(tǒng)參數H,從而可近似地恢復f(x,y),這里，n(x,y)是一種統(tǒng)計性質的噪聲信息。當然，為了對處理結果做出某種最佳的估計，一般應首先明確一個質量標準。根據圖像的退化模型及恢復的基本過程可見，恢復處理的關鍵在于對系統(tǒng)H的基本了解。就一般而言，系統(tǒng)是某些元件或部件以某種方式構造而成的整體。退化模型可分為連續(xù)函數退化模型和離散函數退化模型.估計退化函數的方法一般有三種：1)圖像觀察估計法2)實驗估計法3)模型估計發(fā)四.圖像使用逆濾波復原與維納濾波復原的實例首先給出一個由于運動造成的圖像模糊的實例：.■NewtoMATLAB?WatchthisTideci,see口日舊口三,orr&adGettingStarted,>C=imread(Jyuan,jpg');>subplot(152j1);>imshow(C);?LEN=30;?THHTA=45;?PSF=fspecial(JmotionJLENjTHETA);>MF=imfliter(CjPSFj：circular','convJ);>subplot(1,2j2),imshow(MF);>imwriteJyuan-MF^jpgJ)Errorusingi-筲tite(line431)實用標這樣產生了運動模糊的圖像并將它保存起來。在這個過程中，有兩個方面需要注意一一是要預先定義空間濾波函數PSF;二是圖像濾波函數MF=imfilter(C,PSF,'circular5,5conv');,imfilter中,circular用來減少邊界效應，conv對原始函數進行卷積來得到退化圖像。然后開始逆濾波，分為無約束復原，逆濾波復原，消除勻速運動模糊精彩文檔準文案將前面得到的+N5,U)帶入匚面的公式得到二F{u,v)F{u,v)=775,y)+N(u.y)從上面的公式我們可以看出，即使知道了退化函數，也不能準確地復原未退化的圖像，原因如下：(1)NQM是一個隨機函數，頻譜情況未知；⑵HQM取零或非常小的值時,NQ))/H5M就會使恢復結果與預期的結果有很大差距；(3)H(%y)常隨兄鳴原點距離的增加而迅速減小，而噪聲N(“0卻一般變化緩慢口在這種情況下，恢復只能在與原點較近(接近頻域中心)的范圍內進行。退化系統(tǒng)的轉移函數可以川退化圖像的傅立葉變換來近似,幅圖像可看作多個點光源圖像的集合,如將點源圖看作單位脈沖函數的近似，則仃G(zi,p)=H(zi,v)F(?,F)-H(zi,v)圖像退化和恢復過程:圖像退化和恢復過程:圖中的M?#)常被稱為恢復轉移函數M(N,V)=,實用標在MATLAB上消除運動模糊的實例如下：[MFjmap]=imread(,yuan-mf.jpg?);figure(l);imshow(MF);LEN=30;THETA=45;INITPSF=fspecialCmotion.LEN,THETA);IXP]^deccnvblind(MF,INITPSF,30);figure(2);imshow(J);figure⑶;imshow(Pj[],'noturesize?);figure⑶;imshow(Pj[],'notruesize5);figure(3);imshow(Pj[],'InitialMagnification);figure(3);IMSHOW(巳notruesizeJ);figure⑶;imshowfPj口，'notruesizeJ);figure(3);imshowfPj[]/InitialMagnificationJ/￡i.精彩文檔準文案維納濾波分為約束復原，維納濾波復原以及MATLAB上的實現(xiàn)。逆濾波復原方法數學表達式簡單，物理意義明確，但沒有清楚地說明如何處理噪聲。因此，在逆濾波理論基礎上，不少人從統(tǒng)計學觀點出發(fā)，綜合退化函數和噪聲統(tǒng)計特性兩個方面，設計了一類濾波器用于圖像復原，以改善復原圖像質量與維納濾波的思想是在假設圖像信號可近似看作平穩(wěn)隨機過程的前提下，按照使恢復的圖像與原圖像的均方差最小原則來恢復圖像。實用標功率譜特征：圖像的功率譜具有低通性，噪聲的功率譜為常數或變化平緩°圖像信號近似看作平穩(wěn)隨機過程。圖像恢復準則：和？aw之間的均方誤差標達到最小，即/=minimize y)-4,!線性濾波：尋找維納濾波器的傳遞函數為使得f(x,y)=-Qy)*g(jr,y)F(u,v)-Hv(u,v)G(u,v)由Andrew耳和Hunt推導滿足這一要求的傳遞函數為;則有：落\ 開本(如嗎F(廿,f)= G(u.v)|"(見葉+月［凡1，)/4(凡力采用維納濾波器的復原過程步驟如下：(1)計算圖像的離散傅立葉變換得到(?(〃#)口(2)計算濾波器傳遞函數h的離散傅立葉變換口同逆濾波一樣，為了避免混疊效應引起的誤差，應將尺寸延拓.(3)估算圖像的功率譜密度與和噪聲的譜密度月產⑷計算圖像的估計值直以u).⑶計算加⑼的仲立葉反變換，得到恢復后的圖像,《人五.逆濾波復原與維納濾波復原的比較精彩文檔準文案逆濾波與維納濾波的比較具體如下：｝璃--2014/7/218:22—36F=checkboard(8);F=checkerboard(8);figure(1);imshow(Fj[]);PSF=fspecial(JmotionJ,~345);MF=imfliter凡PSFj'circular^);noise=ijnnoise(zeros'size(F))3'gaussian70,0.001)MFN=MF+noise;figure⑵;imshowtMFNj[]);NSR=suniinoise(:)."Sj/sum'MFN1:)."2);figure⑶;imshow(dconvwrir(MFNjPSF)j[]);imshow(deconvwnr(MFPSF);figure⑷;imshow(dconvwnr(MFNjPSFjNSR)j[]);imshow(deconvwnr(MFNjPSFjNSR)[]);實用標FilEdVieInsToeDesiWineHe"HFigure4□aFilEdVieInsToeDesiWineHe"HFigure4□a詩、FilEdVieInsTotDesiWineHe3na屈氈六.逆濾波復原與維納濾波復原比較得出的結論分析，由維納濾波與逆濾波的進一步比較發(fā)現(xiàn)，維納濾波在圖像受噪聲影響時效果比逆濾波要好，而且噪聲越強優(yōu)勢越明顯。逆濾波復原方法數學表達式簡單，物理意義明確。但是，當噪聲不為零時，而且H(u,v)很小或者為零的時候，噪聲會被放大，也就是說會對逆濾波復原的圖像產生巨大的影響，有可能使恢復的圖像和f(x,y)相差很大。因為該缺點難以克服，所以,在逆濾波理論基礎上，從統(tǒng)計學觀點出發(fā)，設計一類濾波器用來圖像復原，改善圖像的質量。維納濾波回復的思想是在假象圖像信號可以近似看作平穩(wěn)隨機過程的前提下，按照使恢復的圖像與原圖像f(x,y)的均方差最小原則來恢復圖像。精彩文檔準文案七.總結MATLAB功能的確強大，它的工具箱涉及的專業(yè)領域廣泛.其中圖像工具箱幾乎包括所有經典的圖像處理方法。在進行圖像處理的時候，既可以直接使用工具箱提供的函數，也可以編寫程序以定義或者改進函數的功能。同時，MATLAB編程簡單，可以快速實現(xiàn)模擬仿真，從而大大提高了工作效率。但是MATLAB工具對程序的要求又是十分之高，不允許有一點錯誤。和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢，并且MATLAB的界面功能比較弱,不能實現(xiàn)交互界面、數據采集和瑞口操作等功能。而圖像復原是數字圖像處理中的重要組成部分，圖像恢復是對變劣的圖像進行恰當處理，使圖像更適合人眼觀察或有利于從圖像中提取信息。變劣特征有對