数字图像处理技术PPT图像恢复与重建

第6章数字图像恢复 图像复原和图像增强一样，都是为了改善图像视觉效果，以及便于后续处理。只是图像增强方法更偏向主观判断，而图像复原则是根据图像畸变或退化原因，进行模型化处理

6.1概念：图像退化 数字图像在获取的过程中，由于各种原因会产生退化光学系统的像差与成像衍射成像系统的非线性畸变环境随机噪声成像过程的相对运动6.1概念：图像复原图像复原就是使退化了图像去掉退化因素，以最大的保真度，恢复成原来的图像恢复图像的评价不但根据人的主观感觉来判断，而且还根据某些衡量标准。如原图像与恢复图像的平方误差等实际的复原过程是设计一个滤波器，使其能从降质图像中计算得到真实图像的估值，使其根据预先规定的误差准则，最大程度地接近真实图像6.2图像退化模型图像复原是试图利用退化过程的先验知识使已退化的图像恢复本来面目，即根据退化的原因，分析引起退化的环境因素，建立相应的数学模型，并沿着使图像退化的逆过程恢复图像图像复原处理的关键就在于建立退化模型6.2图像退化模型一、退化现象的物理模型非线性退化：主要因为成像系统的非线性空间模糊退化：物理图像系统中衍射引起运动模糊噪声模糊6.2图像退化模型二、图像退化模型 原始图像g(x,y)经过一个退化过程H（退化算子或退化系统）的作用，再和噪声n(x,y)进行叠加，形成退化图像f(x,y)f(x,y)=H[g(x,y)]+n(x,y)H(x,y)+g(x,y)n(x,y)f(x,y)6.2图像退化模型三、连续退化模型

在不考虑噪声影响时，系统输出由其输入和点扩展函数唯一确定。即退化图像f(x,y)是原图像g(x,y)和引起退化的图像系统之点扩展函数h(x,y)的卷积。点扩展函数简称PSF6.2图像退化模型四、离散退化模型表示成矩阵形式f=Hg+n其中：f,g,n都是的向量，H是维向量。6.3恢复方法一、无约束最小二乘方恢复（反滤波器法）对退化模型g=Hf+n最佳准则函数取为这是一个最小二乘方最佳估值问题。如H已知，便可由f求得g的最佳估值反滤波器法 由于对噪声的影响未知，实际恢复过程中，一般先对图像进行平滑，以减少噪声；同时，实际恢复时，仅取频域平面原点附近的一个较小的区域进行处理6.3恢复方法二、有约束的最小二乘方恢复1、恢复的病态性 模糊图像任意小的扰动都会使恢复图像产生不可忽视的强扰动 对于噪声，其随机性也使模糊图像的多可能性，导致恢复图像的病态性 当H的可逆矩阵不存在时，更会导致恢复问题的奇异性6.3恢复方法2、有约束的最小二乘方恢复

在恢复过程中对运算施加约束，以克服病态性。 有约束恢复求得最佳估计值：其中，Q是某一线性运算，约束条件为6.3恢复方法能量约束恢复

当Q为线性运算时，即Q=I，有 其物理意义在于：按照约束条件复原出来的图像的能量最小6.3恢复方法平滑约束恢复

当Q取平滑运算，Q=C二维情况下，取Q与平滑模板C(m,n)对应则最佳复原解为其物理意义是：恢复出的图像最平滑6.3恢复方法均方误差最小滤波（维纳滤波）

当时，有其物理意义是：使信噪比对复原图像的影响最小此时，最小二乘方滤波转化为维纳滤波其中：为含参维纳滤波 为标准维纳滤波6.4运动模糊运动模糊的原因：相机镜头与对象在曝光瞬间的相对移动运动模糊图像的复原水平运动模糊复原垂直运动模糊复原水平垂直运动模糊复原盲目解卷积图像恢复盲目解卷积算法主要针对失真（包括模糊和噪声）毫无所知的情况下进行的复原操作一般处理方法是把图像分为若干块，假设点扩展函数H(u,v)的值为某常数，逐块求得原图像的傅立叶变换，从而复原图像。因为H(u,v)未知，故称为盲目解卷积盲目解卷积图像恢复此方法适用范围很小，只适合于H(u,v)相位为零或不重要的场合，如H表示大气平均扰动、相机象差、均匀运动等6.5几何畸变的消除 由于成像系统的非线性，成像后的图像与原景物相比，产生比例失调，被描述的景物间产生扭曲透视照片 摄像系统与景物成斜视角枕形或桶形失真 成像系统或电子扫描系统本身的限制6.5几何畸变的消除

任何一种几何失真都可以用原始图形坐标和畸变图形坐标之间的关系进行描述。当坐标变换关系已知时

对每一对坐标进行变换得到畸变图像坐标，如果这一坐标正好落在畸变图像的坐标点上，则原图像的灰度值就为畸变图像相应点上灰度值；如果这一坐标没落在网格点上，就需要进行内插；而这坐标落在畸变图像的外边，则只能用最靠近它的图像像点代替

当坐标变换关系未知时 事先选取控制点对畸变图像进行校正随机噪声模糊效果图返回运动模糊效果图返回无约束恢复效果图返回反滤波复原返回约束最小二乘方恢复效果原图像模糊噪声的图像最小二乘方恢复平滑约束恢复返回最小二乘方恢复效果假设噪声水平低恢复假设噪声水平高恢复噪声水平更低恢复返回平滑约束恢复效果噪声模糊图像平滑约束恢复图像返回维纳滤波恢复效果（无噪声）对有噪声模糊图像的恢复返回维纳滤波恢复效果（有噪声）返回水平运动模糊复原运动角度=0度返回垂直运动模糊复原运动角度=90度返回水平垂直运动模糊复原运动角度=45度返回几何畸变返回几何畸变返回盲目解卷积恢复返回上机实验：运动模糊及恢复

I=imread('flowers.tif'); LEN=31;THETA=30; PSF=fspecial('motion',LEN,THETA); I1=imfilter(I,PSF,'circular','conv'); UNDERPSF=ones(size(PSF)-4); [JP1]=deconvblind(I1,UNDERPSF); W=deconvwnr(I1,PSF); subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图像'); subplot(2,2,2);imshow(I1);title('运动模糊图像'); subplot(2,2,3);imshow(J);title('盲目解卷积恢复'); subplot(2,2,4);imshow(W);title('维纳滤波恢复');上机效果图：运动模糊及恢复第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理指示功率pi

：按示功图计算的功率理论功率Ps、PT：按理论循环计算的功率

Ps(PT)<pi轴功率P：压缩机轴的输入功率绝热指示效率等温指示效率机械效率总效率