维纳滤波实现图像恢复

武汉理工大学现代数字信号处理（论文）目录摘要...............................................................................................................................................IAbstract............................................................................................................................................II1绪论..............................................................................................................................................11.1研究背景及意义..................................................................................................................11.2国内外研究现状..................................................................................................................22运动模糊恢复理论基础...............................................................................................................32.1图像退化模型......................................................................................................................42.1.1连续退化模型...........................................................................................................42.1.2离散函数退化模型....................................................................................................62.2图像的恢复方法..................................................................................................................92.2.1逆滤波复原法............................................................................................................92.2.2约束最小平方复原法..............................................................................................113维纳滤波实现对退化图像的复原.............................................................................................133.1维纳滤波的基本原理........................................................................................................133.2维纳滤波对退化图像的恢复............................................................................................144实验仿真.....................................................................................................................................165总结和展望.................................................................................................................................18致谢................................................................................................................................................20I摘要随着科技的发展，人们对图像质量的要求也越来越高。在特定的应用场合，图像采集设备得到的图像质量比较低，造成细节信息丢失，加上光照的干扰，使得图像对比度降低。我们需要从退化图像中，得到细节信息丰富的图像。交通、医学图像领域，更关注边缘和细节信息的提取，期望获得违规车辆的车牌号，或人体病变位置的信息，因此对降质图像进行复原，就十分必要了。图像复原旨在由降质图像重建清晰图像，当被拍摄物体与相机之间存在相对运动时，就会产生运动模糊，导致图像质量下降，由于运动模糊的普遍存在性，通过算法对图像进行去模糊，以期得到清晰的图像。论文分析了运动模糊产生的原因，建立其退化模型，对该模型中的点扩散函数进行估计，具体表现为模糊角度和模糊尺度估计，最后采用维纳滤波复原，完成整个图像去模糊过程。针对图像复原中产生的振铃效应，分析其产生的原因，在获取、传输、存储图像过程中，不可避免地引入噪声，因此，在图像预处理阶段通过haar小波去噪，以抑制振铃效应的产生。关键字：图像复原图像去模糊运动模糊维纳滤波IIAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,therequirementforimagequalityishigherthanbefore.Inparticularcondition,wecann’tgetveryclearimagefromtheimageacquisitiondevice.Therearemanyfactorsinfluencingtheimagequality,suchasthelowqualityofimageacquisitiondevice.Theyresultinthemissingofimagedetail.Besides,thelightintensitymayleadtothereductionofimagecontrast.Ourpurposeistogethighqualityimagethatcontainslargenumberofdetaisfromthedegradedimage.Inpracticalapplication,it’smoreimportanttoextradetailandedgeinformation.Wewanttogetthelicenseinformationthatoffendsvehicle,orthediseaseinformation.Thus,it’snecessarytoimproveimagequalitybyrestorationofthedegradedimage.Digitalimagerestorationaimsatconstructingtheoriginalimagefromthedegradedimage.Motionblurisverycommoninvariousdegradedpattern.Whenthereisrelativemotionbetweentheimageacquisitiondeviceandtheobject,themotionbluroccurs.Itresultsinthedegradeofimagequality.Weneedtoclearimagebyprogrammingtogetclearimage.Thethesisanalyzesthecausesofmotionblur,andbuildsthedegradedmodel.Thentheestimationofmotionblurparametersisintroducedinthemodel,thatcontainsblurangleandlengthestimation.Atlast,WienerFilterisadoptedforrestoration.WiththeappearanceofRingingEffect,Thewholeimagedeblurprocessiscompleted.AnalyzethecausesofRingingEffectintheimagerestoration,weconcludethatnoiseisthemainfactor.Intheprocessofobtaining、transportingandsavingimage,noiseisinevitable.Thus,haarwaveletisusedfordenoisinginimagepre-processingstagetosuppresstheringingeffect.Keywords:digitalimagerestoration;imagedeblurred;motionblur;Wienerfilter11绪论1.1研究背景及意义视觉器官是人类的高级感知器官，人类通过视觉系统获取对机体生存有意义的信息，将信息直观的显示出来即图像，所以图像在人类感知中扮演着重要的角色。图像信息以其直观性、易存储、易传输等特点，成为人类分析及利用信息的重要手段。数字图像处理技术在20世纪20年代发展起来，随着CT的发明和计算机的问世，大量医学图片通过图像处理技术进行分析处理，使得该技术有了很大的发展，现在图像处理技术广泛应用于医学图像、遥感卫星、安防、交通、军事等领域。由于外界条件的影响、图像采集设备的缺陷，在图像的传输过程中会造成图像信息量的丢失，导致获取的图像呈现各种不理想的状态，图像复原技术[1]应运而生，并成为图像处理技术的重要组成部分。图像复原(ImageRestoration)技术[2]旨在改善降质图片，通过降质图片提供的信息，在最大保真的前提下，反演恢复出清晰图像，继而通过符合人类视觉特征的衡量标准，对复原图像的实际效果进行评价。数字图像复原针对图像获取过程中，降质原因的不同，分析图像退化的原因，建立图像复原模型，恢复出清晰的图像。常见的图像降质因素有相机与物体的相对运动、相机对焦不准、大气扰动、噪声等，由于相机与物体的相对运动导致的图像退化，称之为运动模糊(MotionBlurring)。运动模糊在图像成像过程中普遍存在，在智能交通领域，拍摄的物体速度较快，很容易导致运动模糊的产生，例如电子眼抓拍闯红灯车辆，提取车牌信息时，由于车辆的快速运动，获取的图像是模糊的，无法精确地提取车牌，对图像进行去模糊就非常必要了，进而为交通的有序运行提供合法依据