第五章_图像复原

1、1 Digital Image Processing 数字图像处理数字图像处理 王王 伟伟 2 第五章第五章 图像复原图像复原 3 4 基本概念基本概念 5 基本概念基本概念 6 基本概念基本概念 7 基本概念基本概念 8 基本概念基本概念 9 基本概念基本概念 10 基本概念基本概念 11 要要 点点 12 13 退化模型退化模型 ),( yxg),( yxf ),( yxn ),(),(),(yxnyxfHyxg 14 退化模型退化模型 ),(),(yxfHyxg ),(),( 11 yxfHyxg ),(),( 22 yxfHyxg ),(),(),(yxkgyxfkHyxkfH ),(

2、),(),(),( 2121 yxfHyxfHyxfyxfH ),(),( 21 yxgyxg ),(),(),(),( 22112211 yxfHkyxfHkyxfkyxfkH ),(),( 2211 yxgkyxgk ),(),(byaxgbyaxfH 15 连续函数退化模型连续函数退化模型 ),(yxh ),(),(yxHyxh ),(),(),(yxhyxfyxfH ddyxhf),(),( ),(yxg ),(),(),(),(yxnyxhyxfyxg 16 离散退化模型离散退化模型 1 , 10 10 , 10),( ),( NyBMxA ByAxyxf yxfe 1 , 10 1

3、0 , 10),( ),( NyDMxC DyCxyxh yxhe 1 0 1 0 ),(),(),( M m e N n ee nymxhnmfyxg 1, 2 , 1 , 0 ; 1, 2 , 1 , 0nyMx 17 离散退化模型离散退化模型 ),(),(),(),( 1 0 1 0 yxnnymxhnmfyxg e M m e N n ee 1, 2 , 1 , 0 ; 1, 2 , 1 , 0NyMx ) 1( ) 1 ( )0( ) 1( ) 1 ( )0( 021 201 110 MNn n n MNf f f e e e e e e MM M HHH HHH HHH nHfg

4、18 5.3 退化函数估计退化函数估计 19 方方 法法 20 图像观察估计法图像观察估计法 ),(yxgs ),( yxfs ),( ),( ),( vuF vuG vuH s s s 21 试验估计法试验估计法 ),(yxg A vuG vuH ),( ),( 22 试验估计法试验估计法 一个亮脉冲(放大显示) 退化的冲激 23 模型估计法模型估计法 基于大气湍流的物理特性的退化模型基于大气湍流的物理特性的退化模型 6/522 )( ),( vuk evuH 24 模型估计法模型估计法 dtevuF dtevuFvuG T tvytuxj T tvytuxj 0 )()(2 0 )()(2

5、 00 00 ),( ),(),( dtevuH T tvytuxj 0 )()(2 00 ),( ),(),(),(vuFvuHvuG dttyytxxfyxg T )(),(),( 0 0 0 25 模型估计法模型估计法 0)( /)( 0 0 ty Tattx uaj T Tuatj T tuxj eua ua T dte dtevuH )sin( ),( 0 /2 0 )(2 0 26 模型估计法模型估计法 Tbtty Tattx /)( /)( 0 0 )( )(sin )( ),( vbuaj evbua vbua T vuH 27 模型估计法模型估计法 (a)原始图像 (b)运动

6、模糊 后的图像 运动位移为30个象素 运动角度为45o 28 5.4 逆滤波逆滤波 29 无约束滤波无约束滤波 nHfg Hfgn n未知，寻求未知，寻求f，使得使得Hf 在最小二乘意义上来说近似于在最小二乘意义上来说近似于g，即即 2 ) (fHgfJ 30 无约束滤波无约束滤波 当当M=N时，时，H为一方阵，且假设为一方阵，且假设H-1存在存在 0) (2 ) ( fHgH f f T J gHfHH TT gHHHf TT1 )( gHgHHHf 111 )( TT 31 逆滤波逆滤波 1, 1 , 0, ),( ),( ),( Mvu vuH vuG vuF 1, 1 , 0, ),(

7、 ),( ),(),( Mvu vuH vuN vuFvuF ),(),( ),(),(),(),( 11111 vuHvuNFvuFFvuHvuGFyxf 32 逆滤波逆滤波 33 逆滤波逆滤波 ),(),( ),(),(),(),( 11111 vuHvuNFvuFFvuHvuGFyxf H(u,v)=0或很小，N(u,v)不为0 难以计算或者比F(u,v)大得多 34 逆滤波逆滤波 令逆滤波器的转移函数为 dvuHvuH dvuHk vuM ),(),(/1 ),( ),( 35 逆滤波逆滤波 0 2/122 0 2/122 )(0 )(),(/1 ),( Dvu DvuvuH vuM

8、令逆滤波器的转移函数为 36 消除匀速运动模糊消除匀速运动模糊 ),(vuG ),(vuH ),(),(),( 1 vuGvuHvuF 37 消除匀速运动模糊消除匀速运动模糊 MF,map=imread(image3-MF.jpg); %装入运动模糊图像 figure(1); imshow(MF); %显示模糊图像 LEN=30; THETA=45; INITPSF=fspecial(motion,LEN,THETA); %建立复原点扩散函数 J P= deconvblind(MF,INITPSF,30); %去卷积 figure(2); imshow(J); %显示结果图像如图5.6(a)

9、figure(3); imshow(P,notruesize); %显示复原点扩散函数如图5.6(b) 38 消除匀速运动模糊消除匀速运动模糊 39 消除匀速运动模糊消除匀速运动模糊 40 消除匀速运动模糊消除匀速运动模糊 41 42 有约束滤波有约束滤波 2 fQ 2 2 nfHg ) ( ) ( 2 22 nfHgfQfJ 43 有约束滤波有约束滤波 0) (2 2 ) ( fHgHfQQ f f TT J gHfHHfQQ gHfHHfQQ TTT TTT 1 0 gHQQHHf TTT s 1 )( /1s 44 维纳维纳滤波滤波 T E ffRf T E nnRnf 的相关矩阵的相关

10、矩阵 n 的相关矩阵的相关矩阵 1 WAWRf 1 WBWRn A和和B中的元素对应中的元素对应Rf和和Rn中的相关元素的傅里叶变换中的相关元素的傅里叶变换 这些相关元素的傅里叶变换称为图像和噪声的功率谱这些相关元素的傅里叶变换称为图像和噪声的功率谱 45 维纳维纳滤波滤波 nf RRQQ 1 T gHRRHHf n T f T s 11 )( gWWDBWWADWWDf 11111 )( s gWDBADDfW 1111 )( s ),( ),( ),( | ),(| | ),(| ),( 1 ),( 2 2 vuG vuP vuP svuH vuH vuH vuF f n 46 维纳维纳滤

11、波滤波 ),( ),( ),( | ),(| | ),(| ),( 1 ),( 2 2 vuG vuP vuP svuH vuH vuH vuF f n 47 维纳维纳滤波滤波 ),( ),( | ),(| | ),(| ),( 1 ),( 2 2 vuP vuP svuH vuH vuH vuH f n w ),(),(vuPvuP nf ),(),(vuPvuP fn 0),(vuH w 48 维纳维纳滤波滤波 ),(/ ),(vuPvuP fn ),( | ),(| | ),(| ),( 1 ),( 2 2 vuG KvuH vuH vuH vuF 49 维纳维纳滤波滤波 uv fA v

12、uP MN f),( 1 uv nA vuP MN n),( 1 A A f n R 50 Matlab实现实现 fr = deconvwnr(g,PSF) fr = deconvwnr(g,PSF,NSR) fr = deconvwnr(g,PSF,NCORR,ICORR) 51 Matlab实现实现 52 Matlab实现实现 53 Matlab实现实现 54 Matlab实现实现 55 56 滤波模型滤波模型 57 滤波模型滤波模型 ),( | ),(| ),(| ),( ),( 22 vuG vuPsvuH vuH vuF 2 2 nfHg 58 Matlab实现实现 2 n fr =

13、 deconvreg(g, PSF, NOISEPOWER, RANGE) 59 Matlab实现实现 4 )0001. 0(6464 22 2 nn mMNn 60 61 22 2/)( 2 1 )( z ezp 62 az azeaz b zp baz 0 )( 2 )( /)( 2 4/ba 4 )4( 2 b 63 00 0 )!1( )( 1 z ze b za zp az bb a b 2 2 a b a0，b为正整数 00 0 )( z zae zp az a 1 2 2 1 a a0 64 其它0 1 )( bza ab zp 2 ba 12 )( 2 2 ab 65 其它0

14、)(bzP azP zp b a 66 xy Sts tsg mn yxf ),( ),( 1 ),( mn Sts xy tsgyxf /1 ),( ),(),( xy Sts tsg mn yxf ),( ),( 1 ),( xy xy Sts Q Sts Q tsg tsg yxf ),( ),( 1 ),( ),( ),( 67 68 ),(median),( ),( tsgyxf xy Sts ),(max),( ),( tsgyxf xy Sts ),(min),( ),( tsgyxf xy Sts ),(min),(max 2 1 ),( ),(),( tsgtsgyxf xy

15、xy StsSts 69 70 71 是在图像获取过程中从电力或机电干扰中产生的 这是唯一的一种空间依赖型噪声 可以通过专用的、和滤波器来削减或消除 周期性噪声干扰。 72 半径为D0，中心在(u0, v0)且在(-u0, -v0)对称 其它1 ),(,),(0 ),( 0201 DvuDDvuD vuH 2/12 0 2 01 )2/()2/(),(vNvuMuvuD 2/12 0 2 02 )2/()2/(),(vNvuMuvuD 73 n vuDvuD D vuH ),(),( 1 1 ),( 21 2 0 74 2 0 ),( 2 ),( 1 2 1 1),( D vuDvuD evuH 75 76 ),(1),(vuHvuH nrnp 77 78 79 80 对图像平面上的象素进行重新排列以恢复原空间关系 对空间变换后的象素赋予相应的灰度值以恢复原位置的灰度值 步步 骤骤 81 空间变换空间变换 82 灰度插值灰度插值 83 灰度插值灰度插值 84 MATLAB函数函数 (1) tform = maketform(transform_type, tr