第五章图像复原课件.ppt
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- 第五 图像 复原 课件
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1、图像复原图像退化/复原过程的模型噪声模型空间域滤波复原(唯一退化是噪声)频率域滤波复原(削减周期噪声)图像复原噪声模型图像复原什么是退化?成像过程中的”退化”,是指由于成像系统各种因素的影响,使得图像质量降低引起图像退化的原因成像系统的散焦成像设备与物体的相对运动成像器材的固有缺陷外部干扰等图像复原外部干扰等图像复原图像复原概述与图像增强相似,图像复原的目的也是改善图像质量图像增强主要是一个主观过程,而图像复原主要是一个客观过程图像增强被认为是一种对比度拉伸,提供给用户喜欢接收的图像;而图像复原技术追求恢复原始图像的最优估值图像复原技术可以使用空间域或频率域滤波器实现图像复原图像复原概述与图像
2、增强相似,图像复原的目的图像复原图像复原概述(续)图像复原可以看作图像退化的逆过程,是将图像退化的过程加以估计,建立退化的数学模型后,补偿退化过程造成的失真在图像退化确知的情况下,图像退化的逆过程是有可能进行的但实际情况经常是退化过程并不知晓,这种复原称为盲目复原盲目复原由于图像模糊的同时,噪声和干扰也会同时存在,这也为复原带来了困难和不确定性图像复原图像复原概述(续)图像复原可以看作图像退图像复原图像退化/复原过程的模型f(x,y)表示一幅输入图像g(x,y)是f(x,y)产生的一幅退化图像H表示退化系统(h(x,y):系统函数)x,y 表示外加噪声 给定g(x,y),H和 x,y ,怎样获
3、得关于原始图像的近似估计 f x,y?图像复原图像退化/复原过程的模型f(x,y)表示图像复原如果系统H是一个线性、位置不变性的过程,退化图像可以表示为gx,y hx,y*f x,y x,y空间域上的卷积等同于频率域上的乘积Gu,v Hu,vFu,v Nu,vh(x,y)表示退化系统的系统函数图像复原如果系统H 是一个线性、位置不变性的过程,退化图像可图像复原5.2 噪声模型数字图像的噪声主要来源于图像的获取和传输过程图像获取的数字化过程,如图像传感器的质量和环境条件图像传输过程中传输信道的噪声干扰,如通过无线网络传输的图像会受到光或其它大气因素的干扰图像复原5.2 噪声模型图像复原一些重要的
4、噪声高斯噪声瑞利噪声伽马(爱尔兰)噪声指数分布噪声均匀分布噪声脉冲噪声(椒盐噪声)图像复原高斯噪声一些重要噪声的概率密度函数(PDF)高斯伽马均匀瑞利指数脉冲一些重要噪声的概率密度函数(P D F)高斯瑞利图像复原高斯噪声高斯噪声的概率密度函数(PDF)由下式给出z的值有70%落在 ,范围内,有95%落在 2,2 范围内222/)(21)(zezp灰度值灰度值图像复原高斯噪声z 的值有7 0%落在 2p z b图像复原瑞利噪声瑞利噪声的PDF由下式给出 z a e 0 a b/42 b 4 4距离原点的位移是a函数曲线向右变形 z a 2 /bz az a 2 p z b 图像复原瑞利噪声e!
5、b2a图像复原伽马(爱尔兰)噪声伽马噪声的PDF由下式给出 a b z b 1 azp z b 1 0z az a ba 2e!b 2 a 图像复原 a b z b 1 ae12a图像复原指数分布噪声指数噪声的PDF由下式给出,其中,a0p z 01 a azz az a 2指数分布的PDF是当b=1时爱尔兰分布的特殊情况 a e 1 2 a 图像复原p z a z22图像复原均匀分布噪声均匀分布噪声的PDF由下式给出 1p z b a 0a z b其它 a b2b a 122 2 图像复原 1 a z b 图像复原脉冲噪声(椒盐噪声)脉冲噪声的PDF由下式给出 P ap z P b 0z a
6、z b其它如果pa或pb为零,则脉冲噪声称为单极脉冲如果pa或pb均不为零,则脉冲噪声称为双极脉冲噪声或椒盐噪声图像复原 P az a 如果p a 或p图像复原脉冲噪声(椒盐噪声)(续)脉冲噪声可以为正,也可为负标定以后,脉冲噪声总是数字化为最大值(纯黑或纯白)(因为噪声强度一般比图像信号大)通常,负脉冲以黑点(胡椒点)出现,正脉冲以白点(盐点)出现图像复原脉冲噪声(椒盐噪声)(续)标定以后,脉冲噪声图像复原几种噪声的运用高斯噪声用于描述源于电子电路噪声和由低照明度或高温带来的传感器噪声瑞利噪声用于在图像范围内特征化噪声现象伽马分布和指数分布用于描述激光成像噪声均匀密度分布作为模拟随机数产生器
7、的基础脉冲噪声用于描述成像中的短暂停留(如错误的开关操作)图像复原几种噪声的运用高斯噪声用于描述源于电子电样本噪声图像和它们的直方图用于说明噪声模型的测试图由简单、恒定的区域组成仅仅有3个灰度级的变化样本噪声图像和它们的直方图用于说明噪声模型的测试图样本噪声图像和它们的直方图高斯噪声瑞利噪声伽马噪声图像直方图样本噪声图像和它们的直方图高斯噪声瑞利噪声伽马噪声图像样本噪声图像和它们的直方图指数噪声均匀噪声椒盐噪声图像直方图样本噪声图像和它们的直方图指数噪声均匀噪声椒盐噪声图像样本噪声图像和它们的直方图结论上述噪声图像的直方图和它们的概率密度函数曲线对应相似前面5种噪声的图像并没有显著不同,椒盐噪
8、声除外但它们的直方图具有明显的区别样本噪声图像和它们的直方图结论图像复原周期噪声周期噪声是在图像获取中从电力或机电干扰中产生周期噪声是一种空间依赖型空间依赖型噪声周期噪声可以通过频率域滤波频率域滤波显著减少图像复原周期噪声图像复原5.3 空间域滤波复原(唯一退化是噪声)当唯一退化是噪声时,gx,y f x,y x,yGu,v Fu,v Nu,v噪声项未知,不能从g(x,y)或G(u,v)减去噪声。(如果是周期噪声,也许可以)可以选择空间滤波空间滤波方法进行图像复原图像复原5.3 空间域滤波复原(唯一退化是噪声)当唯图像复原图像复原的空间滤波器均值滤波器均值滤波器算术均值滤波器、几何均值滤波器、
9、谐波均值滤波器、逆谐波均值滤波器统计排序滤波器统计排序滤波器中值滤波器、最大值滤波器、最小值滤波器、中点滤波器、修正后的阿尔法均值滤波器自适应滤波器自适应滤波器自适应局部噪声消除滤波器、自适应中值滤波器图像复原均值滤波器算术均值滤波器、几何均值滤波器、1mn s,t Sxy口5.3.1 均值滤波器算术均值滤波器f x,y gs,t Sxy表示中心在(x,y),尺寸为mn的矩形窗平滑了一幅图像的局部变化在模糊了结果的同时减少了噪声 1 m n s,t S x y 口5.3.1 均值滤波均值滤波器几何均值滤波器几何均值滤波器所达到的平滑度可以与算术均值滤波器相比但几何均值滤波器在滤波过程中,与算术
10、均值滤波器相比,mnstsxytsgyxf1),(),(),(均值滤波器几何均值滤波器几何均值滤波器所达到的平滑度可均值滤波器谐波均值滤波器 xyststsgmnyxf),(),(1),(均值滤波器谐波均值滤波器对于“盐”噪声效果好,但不均值滤波器逆谐波均值滤波器Q Q称为滤波器的阶数称为滤波器的阶数。当当Q Q为正数时,用于消除为正数时,用于消除“胡胡椒椒”噪声;当噪声;当Q Q为负数时,用于消除为负数时,用于消除“盐盐”噪声,噪声,当Q=0,逆谐波均值滤波器转变为算术均值滤波器当Q=-1,逆谐波均值滤波器转变为谐波均值滤波器 xyxystsQstsQtsgtsgyxf),(),(1),()
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