数字图像设计

1、前言随着人类社会的进步和发展，人们对信息处理和信息交流的要求越来越高。 图像信息具有直观、形象、易懂、信息量大等特点，是日常生活中接触最多的信息种类之一。 近年来，图像信息处理已经取得了一定的发展，但随着对图片处理的要求的提高，应用领域不断扩大，图像理论也不断提高、补充和发展。21世纪，人类已进入信息时代，图像是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。 人所接受的信息中，画像等视觉感知信息所占的比例为75%85%。 “耳闻不如目见”“一图值千字”向一盏茶说明了这一事实。 在云同步，我们生活在数字化时代，随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，几乎所有的信息都可以以数字化的形式呈现在人们的眼前。

2、 因此，学习和研究数字图像处理技术是时代的迫切需要。目录第一章概要2第二章图像复原的模式32.1图像退化型号32.2图像复原的方法52.3图像劣化复原处理模型5第三章模糊和噪音73.1图像模糊73.1.1动态模糊的类型73.1.2影响模糊的残奥仪表73.1.3模糊影像函数的建立： fspecial、imfilter83.2 .噪声函数的添加： imnoise9第四章MATLAB复原函数104 .一个复原函数的概要104.2复原函数比较部114.2.1维纳滤波器复原函数： deconvwnr114.2.2约束最小二乘滤波器复原函数： deconvreg124.2.3 L-R算法复原函数： dec

3、onvlucy124.2.4百叶帘反卷积复原函数： deconvblind14第五章普计程仪拉姆和结果155.1 Wiener过滤器恢复计程仪栏155.2生成子摇滾乐能源宝图像的过程165.3 Lucy-Richardson恢复步骤16总结18附录1运行结果19附录2参考文献22第一章概要图像复原是数字图像处理中的重要分支，也是图片处理中的难点。 其主要目的是改进所提供的影像质量，并利用劣化先验知识重新建构或恢复原始图像。 图像复原是去除或减轻在取得数字成像的过程中产生的影像质量降低的方法。本设定修订的课题是“基于MATLAB的运动焦外成像图像复原”。 修改设定的要件有三个。 第一，制作模拟运

4、动模糊PSF，使图像模糊；第二，对简并性设定复原过滤器，复原简并性图像；第三，显示复原前后的图像，分析复原结果，做评估复原算法。本设定修订内容分为4个大小摇滾乐。 第一部分介绍了图像模糊和复原的整体模型，第二部分和第三部分分别描述了模糊和复原的方法类型和函数，第四部分描述了试验方案，实验结果附录随后。第二章图像复原的模式2.1图像退化型号图像复原的重要问题是建立退化模型。 假设输入图像f(x，y )经过某一按简并性系统h(x，y )而产生图像g(x，y )。 在简并性处理中，如果所引入的随机噪声是加性噪声n(x，y )，则图像简并性处理空间模型可以如图2.1(a所示。(a )空间域图像劣化模型

5、(b )频率域中的图像劣化模型图2.1图像劣化进程模型其通式为(2.1 )或者表示为(2.2)式中，“*”表示空间日式榻榻米包含。 这是连续形式的表现。 h(x，y )是简并性函数的空间描述，其中将所有简并性因素聚合，h(x，y )也称为影像学系统的冲击响应或点传播。 表示式(2.2 )中对于输入图像的简并性算子。关于频率域中的图像劣化模型，如图2.1(b )所示，由于空间域下的日式榻榻米取入与频率域下的积相等，因此劣化模型能够由以下的频率域表示式中：h、f、n分别是g、h、f、n的傅立叶变换。 h是系统的点冲击响应函数h的傅立叶变换，被称为系统的频率上的传递函数。由于数字成像都是离散的形式，

6、所以在实用上，离散图像退化模型可以用以下的表现形式来记述式中： x=0、1、2、l、M -1； y=0、1、2、l、N -1。 函数f(x，y )和h(x，y )分别是周期m和n的函数。 另外，这些个2个函数的周期不是m和n时，为了避免日式榻榻米中断周期重复，需要进行零扩展。 g(x，y )是具有与f(x，y )和h(x，y )相同周期的函数。矩阵的形状写成g=Hf n其中g、f是MN*1一维列向量，h是MN*MN维矩阵，并且h是M2个子矩阵，其中每个子矩阵的大小为N*N。2.2图像复原的方法所述图像复原是沿着与所述图像劣化相反的过程来进行的，即，在所述可逆图像劣化期间将所述图像恢复为原始图像

7、状态的过程。 具体过程如下：首先根据先验知识分析退化原因，了解图像质量的反应历程，并在此基础上建立退化模型，然后再用相反的过程处理图像，以改善影像质量。关于图像复原，一般可以采用两种方法。 一种方法是对图像先验知识不足情况的恢复，此时可以对退化过程如模糊和噪声建立模型，进行描述，进而寻找去除或削弱其影响的过程。 另一种方法是以原始图像知道了由这些恶化因素引起的影像质量降低过程的事实为数学模型，并且基于它对图像退化的影响来拟合该过程。2.3图像劣化复原处理模型图像复原研究了图像退化原因之后，基于劣化图像，基于某个先验知识设定操作符，试图重构或复原劣化的图像。本设定修订主要讨论使用MATLAB复原

8、函数复原原始图像的方法。通常，作为图像劣化和复原的模型，使用下图2.2所示的分块图。图2.2图像退化和恢复处理模型根据该图可知，简并性系数h(x，y )与加性噪声项n(x，y )一起作用于输入图像f(x，y )，从而生成简并性图像g(x，y )。 得到读入了简并性图像与复原过滤器w(x，y )的原图像的推定f(x，y )。 为了尽可能接近原始输入图像，我们通常越了解h(x，y )和n(x，y )，f(x，y )就越接近f(x，y )。第三章模糊和噪音为了说明MATLAB图像复原函数的效果，所给定的模糊、噪声图像是通过人为地将运动模糊、各种噪声与原始图像相加而形成的。 在此介绍MATLAB图像的

9、模糊和增加噪音的函数。3.1图像焦外成像3.1.1动态模糊的类型一线性动态模糊是发生在单向式上的模糊。 镜头的角度影响动态模糊线的角度过滤烟嘴的半径长度影响模糊强度，长度越长越模糊。旋转两圈会产生物体旋转的环状动态模糊。 这种模糊以镜头对准的点为中心，角度是主要的影响因素，角度变化越大则越模糊。3缩放缩放型动态模糊是以图像中心为中心发射的模糊。 图像的中心不模糊，但是以图像的中心为基准的周边模糊，给人以突出图像中心的动态感觉。 镜头的变焦长度是主要的影响因素。3.1.2影响模糊的残奥仪表一个角度从0度到360度，模糊的种类因角度而异。两个长度长度是移动间隔的像素数。3.1.3模糊影像函数的建立

10、： fspecial、imfilter要创建模糊图像，通常使用fspecial函数创建特定类型的点扩展函数(PSF )，而imfilter滤镜函数使用该PSF导入原始图像并创建模糊图像。如果要创建运动模糊图像，请执行以下步骤PSF=特殊(类型，参数)TYPE用表4.5中的motion、PARAMETERS用len、theta意味着定义按照角度heta来移动len个像素的运动滤波器。g=im过滤器(a、PSF、选项1、选项2 )imfilter函数利用PSF读入原稿图像a，得到运动焦外成像图像g。3.2 .噪声函数的添加： imnoise需要复原的影像不仅包含模糊成分，也包含杂讯成分。 MATL

11、AB通常使用imnoise函数将固定类型的噪声直接添加到图像中。 语法：j=国家噪音(j，类型)j=国家噪音(I，类型，参数)返回在原图像I上附加典型的噪声后的图像j，残奥仪表type和parameters是决定噪声的种类和与其相对应的残奥仪表的功能。噪音的种类有3种： type=Gaussian时为高斯噪音type=salt pepper时为椒盐卷饼噪声type=speckle时为乘法噪声第四章MATLAB复原函数4 .一个复原函数的概要MATLAB图像处理工具框包含四个图像复原函数，根据这些个函数的复杂程度，排列如下deconvwnr函数：使用维纳滤波器恢复deconvreg函数：使用受约

12、束的最小二乘滤波器进行恢复deconvlucy函数：使用Lucy_Richardson恢复原状。deconvblind函数：使用百叶帘反卷积算法进行恢复以上所有的复原函数以一个PSF和模糊图像作为主要的输入残奥参数。 deconvwnr函数能够实现最小二乘误差复原，函数deconvreg能够实现最小二乘误差复原，该复原方法能够对输出图像应用某些制约(在差动奥尔特下为平滑制约)。 在任何函数中，用户应当提供关于噪声的信息。Deconvlucy可实现加速收敛的Lucy_Richardson算法。 该函数使用优化技术和泊松统一修正进行多次迭代过程。 该函数不需要使图像的噪声信息模糊。 deconvb

13、lind函数实现百叶帘反卷积算法，执行中不需要有关PSF的知识，调用时将PSF的初始化推定作为输入残奥仪表即可。 deconvblind函数返回在恢复的图像中重新建构的PSF。4.2复原函数的比较4.2.1维纳滤波器复原函数： deconvwnr采用维纳滤波器函数是根据使得f(x，y )与f(x，y )之间的平均误差最小的参考函数来实现图像复原，其中假设图像信号可被视为大致平滑的随机过程式中的E表示求期待值的修正算法。当图像的频率特性和噪声已知(至少部分已知)时，维纳滤波器的效果非常高。 调用格式如下所示j=解决方案(I、PSF、NSR )j=解码器(I，PSF，n核心，I核心)在此，I是输入

14、图像，PSF是点扩展函数，NSR (差动奥尔特值为0 )，NCORR和ICORR都是可选的残奥仪表，分别表示信噪比、噪声的自相关函数、原图像的自相关函数。 已设置这些个的三个残奥仪表以改善重构图像的质量，并且要求一定的噪声信息来使用这三个函数。 输出残奥表j表示复原后的图像。如果图像是没有干扰的焦外成像图像，则使用deconvwnr(I，PSF )函数进行复原。如果图像是有噪声的模糊图像，则用deconvwnr(I，PSF，NSR )和deconvwnr(I，PSF，NCORR，ICORR )函数进行复原。4.2.2约束最小二乘滤波器复原函数： deconvreg约束最小均方滤波器方法能够在已

15、知的受限条件下良好地工作噪声信号。 调用格式如下所示解析范围(I，PSF，NP，l范围，REGOP )其中，I表示输入图像，PSF表示点扩展函数。 NP、LARNGE (输入)、REGOP是可选的残奥仪表，分别表示图像的噪声强度、拉氏运算符的搜索范围(能够在指定范围内搜索最佳拉氏运算符)、约束运算符。 这些个的3个残奥仪表的差动奥尔特值分别为0、10-9， 门值j表示复原后的输出图像。 门值LRANGE表示执行函数时最终使用的拉尔运算符。4.2.3 L-R算法复原函数： deconvlucy前面讨论的图像复原方法都是线性的。 指定恢复过滤后，对应的解决方案通过过滤器的应用而得到，因此在感觉上也

16、是“直接”。 由于这种实现简单、适量的运算要求和易于确立的理论基础，线性方法多年来是图像恢复的基本工具。近年来，非线性迭代技术越来越被接受，并且作为恢复工具，获得比线性方法更好的结果。 在工具箱中选择的非线性方法是Richardson和Lucy独立开发的技术。 工具箱提供的这些个算法被称为Lucy-Richardson(L-R )算法。该函数使用加速收敛的Lucy-Richardson算法复原图像。 Lucy-Richardson算法能够在与根据泊松噪声统一校正基准求出的规定PSF日式榻榻米之后，求出成为输入焦外成像图像的可能性最大的图像。 如果PSF是已知的但是图像噪声信息是未知的，则能够利用该函数来实现高效工作。Deconvl