运动模糊图像

目录第1章绪论.............................................................................................................21.1选题目的及背景.....................................................................................................21.2国内外发展和现状.................................................................................................31.3数字图像恢复技术的应用领域.............................................................................41.4论文的内容与基本结构.........................................................................................5第2章运动模糊图像退化模型..............................................................................72.1图像噪声.................................................................................................................72.1.1噪声的特征.......................................................................................................72.1.2噪声的分类.......................................................................................................72.2图像退化模型.........................................................................................................82.2.1退化模型...........................................................................................................81.4论文的内容与基本结构.........................................................................................5第3章图像复原..........................................................................................................73.1退化模型.................................................................................................................73.1.1噪声的特征.......................................................................................................72.1.1噪声的特征.......................................................................................................72.1.2噪声的分类.......................................................................................................73.1退化模型.................................................................................................................73.1.1噪声的特征.......................................................................................................72.1.1噪声的特征.......................................................................................................72.1.2噪声的分类.......................................................................................................7结论与展望.................................................................................................................11致谢...........................................................................................................................12参考文献.....................................................................................................................13第1章绪论1.1选题目的及背景正像任何一门学科的产生一样，数字图象处理这门学科的形成也是和社会生产力发展的需要分不开的。早期的图象处理是由于通讯方面的要求而发展起来的，这就是本世纪20年代传真技术的发明和发展。其后，由于宇宙探索方面的要求，需要处理大量在宇宙探测器上拍摄下来的不清楚的其他天体(如月球、火星等)以及地球本身的照片，这些需求大大的促进了数字图象处理技术的发展。到现在，图象处理技术的发展，己经远远突破了这两个领域，被广泛地应用到科学研究、工农业生产、军事技术、政府部门、医疗卫生等许多领域。图象复原算法的研究也是数字图象处理中非常重要的一个领域，他的研究成果也被广泛地应用到各个研究和生产领域。在图象成像的过程中，图象系统中存在着许多退化源。一些退化因素只影响一幅图象中某些个别点的灰度；而另外一些退化因素则可以使一幅图象中的一个空间区域变得模糊起来。前者称为点退化，后者称为空间退化。此外还有数字化、显示器、时间、彩色，以及化学作用引起的退化。总之，使图象发生退化的原因很多，但这些退化现象都可用卷积来描述，图象的复原过程就可以看成是一个反卷积的问题。反卷积属于数学物理问题中的一类“反问题”，反问题的一个共同的重要属性是其病态，即其方程的解不是连续地依赖于观测数据，换句话说，观测数据的微小变动就可能导致解的很大变动。因此，由于采集图象受噪声的影响，最后对于图象的复原结果可能偏离真实图象非常远。由于以上的这些特性，图象复原的过程无论是理论分析或是数值计算都有特定的困难。但由于图象复原技术在许多领域的广泛应用，因而己经成为迅速兴起的研究热点。图象复原就是研究如何从所得的变质图象中复原出真实图象，或说是研究如何从获得的信息中反演出有关真实目标的信息。造成图象变质或者说使图象模糊的原因很多，如果是因为在摄像时相机和被摄景物之间有相对运动而造成的图象模糊则称为运动模糊。所得到图象中的景物往往会模糊不清，我们称之为运动模糊图象。运动模糊图象在日常生活中普遍存在，给人们的实际生活带来了很多不便。近年来，在数字图象处理领域，关于运动模糊图象的复原处理成为了国内外研究的热点问题之一，也出现了一些行之有效的算法和方法。但是这些算法和方法在不同的情况下，具有不同的复原效果。因为这些算法都是其作者在假定的前条件下提出的，而实际上的模糊图象，并不一定能够满足这些算法前提，或者只满足其部分前提。作为一个实用的图象复原系统，就得提供多种复原算法，使用户可以根据情况来选择最适当的算法以得到最好的复原效果。图象复原关键是要知道图象退化的过程，即要知道图象退化模型，并据此采取相反的过程以求得原始(清晰)图象。由于图象中往往伴随着噪声，噪声的存在不仅使图象质量下降，而且也影响了图象的复原效果，关于图象噪声的特征将在第二章讨论。从上面论述可以知道，运动造成图象的退化是非常普遍的现象，所以对于退化后的图象进行复原处理非常具有现实意义。图象复原的目的就是根据图象退化的先验知识，找到一种相应的反过程方法来处理图象，从而尽量得到原来图象的质量，以满足人类视觉系统的要求，以便观赏、识别或者其他应用的需要。无人侦察机在高速运动中进行拍摄，由于振动、飞机的运动及相机的摆动等原因使相机在曝光时被照物影像与感光介质间存在相对运动，这种相对运动会造成图象的模糊，使图象产生拖尾效应，极大的影响了相机成像质量，使航空拍摄图象的分辨率明显下降。这种图象会造成目标很难识别或无法提取，所以必须对其进行恢复。除此之外对于运动模糊图象的复原方法研究非常具有现实意义。因为运动模糊图象在日常生活中普遍存在，给人们的实际生活带来了很多不便甚至危及人的生命安全。一个典型的例子就是随着我国经济迅速发展，城市中的汽车越来越多。汽车的增多引发了很多交通事故，其中一个很重要的原因就是有些司机缺乏交通安全意识，在灯控路口，乱闯红灯或超速行驶。这些交通事故不仅危害到人们的生命安全，而且给国家带来大量的经济损失。现在很多城市的一些重要交通路口都设置了“电子眼”—交通监视系统，它能够及时记录下闯红灯车辆的车牌号。由于车辆在闯红灯时的速度较高，所以摄像机摄取的画面有时是模糊不清的，这就需要运用运动模糊图象复原技术进行图象复原，来得到违章车辆可辨认的车牌图象。综上所述，无论在日常生活还是在国防军工领域，运动造成图象模糊现象普遍存在，这给人们生活和航空侦察等造成很多不便，所以很有必要对运动模糊图象的恢复做深入研究。1.2国内外发展和现状从历史上来看，数字图象处理研究有很大部分是在运动退化图象恢复方面进行的，包括对算法的研究和针对特定问题的图象处理程序的编写。数字图象处理中很多值得注意的成就就是在这个方面取得的。在六十年代中期，去卷积（逆滤波）开始被广泛地应用于数字图象恢复。Nathan用二维去卷积的方法来处理由漫游者、探索者等外星探索发射器得到的图象。在同一个时期，Harris采用PSF(PointSpreadFunction)的解析模型对望远镜图象中由于大气扰动所造成的模糊进行了去卷积处理，Mcglamery则是采用了由实验室确定的PSF来对大气扰动去卷积。从此以后，去卷积就成了图象恢复的一种标准技术。但是这种方法对于噪声很敏感，在噪声较大的情况下，图象恢复的效果不明显。考虑大部分图象中，邻近的像素是高度相关的，同时为了减少噪声的干扰Helstrom采用最小均方误差估计方法，提出了维纳滤波器。Slepian将维纳滤波推广用来处理随机PSF的情况（例如大气扰动引起的）。其后