最新数字图像处理 第五章图像复原与重建课件PPT.ppt 71页

'数字图像处理第五章图像复原与重建 主要内容背景知识图像退化/复原过程的模型代数恢复(选)频域恢复(选)几何校正 背景知识产生原因光学系统中的衍射传感器非线性畸变光学系统的像差摄影胶片的非线性大气流的扰动效应图像运动造成的模糊几何畸变 背景知识与图像增强技术比较：同：改善图像质量异：图像增强技术不考虑图像退化原因，通过基本探索性各种技术过程增强图像，一般要借助人的视觉系统的特性，以取得看起来好的视觉结果；图像复原则认为图像是在某种情况下退化或恶化，需要根据相应的退化模型和知识重建，恢复原始的图像。通常会涉及到设立一个最佳的准则,它将会产生期望的最佳估计。退化图像处理：先复原再增强粗放型严谨型 主要内容背景知识图像退化/复原过程的模型代数恢复频域恢复几何校正 图像退化/复原过程的模型退化函数H复原滤波退化复原图像复原的关键在于建立图像退化模型,反映图像退化原因通常将成像系统作为线性位移不变系统，点扩散函数用h（x，y）表示，获取退化图像为g（x，y），建立系统退化模型如下：无噪声退化模型有噪声退化模型 离散图像退化模型对图像和点扩散函数均匀采样，得到离散的退化模型：向量矩阵形式为其中，H为MN×MN的矩阵。 主要内容背景知识图像退化/复原过程的模型代数恢复频域恢复几何校正 图像复原过程图像复原过程相当于设计一个滤波器，使其能从退化图像中复原出真实图像的估值，这种估值根据预定的最佳准则，具有最优的性质。代数恢复法讨论均方误差最小意义下，图像的最佳估计 无约束复原准则函数退化模型的噪声项为使噪声范数尽可能小，即使最小定义准则函数为关于f的估计最小的问题求极值可得频率域则表现为两者乘积。频率域去卷积公式 约束最小二乘复原当H为奇异的，会导致无约束复原问题的病态性，因此需要在恢复过程中施加某种约束，即约束复原。约束最小二乘复原问题是使形式为的函数，在约束条件时最小准则函数求极小值得λ为常数系数（拉格朗日系数），γ为1/λ指定不同Q，得到不同复原图像 约束最小二乘复原能量约束Q=II表示单位矩阵解得最佳复原解为物理意义为在约束条件下复原图像能量最小 平滑约束Q描述图像平滑程度，对应一个二阶平滑算子，如拉普拉斯算子，则约束条件为应用各点二阶导数的平方和最小，其值越小f越平滑。最佳复原解为约束最小二乘复原 约束最小二乘复原均方误差最小约束（维纳滤波）将f和n视为随机变量，令Rf，Rn分别为信号和噪声的协方差矩阵。使最小，解得最佳复原为 主要内容背景知识图像退化/复原过程的模型代数恢复频域恢复几何校正 逆滤波对于线性位移不变系统，进行傅里叶变换后表现为频率域图像无噪声理想情况下1/H(u，v)称为逆滤波器 逆滤波做傅里叶反变换得复原图像退化图像中噪声问题：在H(u,v)为零或很小，N(u,v)/H(u,v)会变得很大，会对逆滤波恢复的图像产生很大的影响，使估计图像与原图像差别很大 逆滤波解决途径人为设置H-1(u,v)，使其H(u,v)避免出现0及数值较小的值uH(u,v)uHI(u,v)uH-1(u,v)（a）图像退化响应（b）逆滤波器响应（c）改进的逆滤波器响应 逆滤波限制滤波的频率信息使其接近原点,使其具有低通滤波性质 逆滤波对左图进行逆滤波(a)用全滤波的结果(b)D0为40时截止H的结果(c)D0为80时的结果(d)D0为85时的结果 去除匀速直线运动造成的模糊获取图像过程中，由于景物和摄像机之间的相对运动造成的图像模糊 去除匀速直线运动造成的模糊 去除匀速直线运动造成的模糊退化模型估计：设f(x,y)进行平面运动，x0(t)和y0(t)分别是在x和y方向上随时间变化的运动参数,g(x,y)为模糊图像，t为运动时间，T为快门打开到关闭的总曝光时间，模糊图像表示为 去除匀速直线运动造成的模糊其傅里叶变换为 去除匀速直线运动造成的模糊 维纳滤波维纳滤波是从退化函数和噪声统计特征入手，假设图像信号近似看成平稳随机过程的前提下，按照恢复图像与原图像的均方差最小原则来恢复图像.即恢复问题归结与找到合适的点扩散函数，其其与图像卷积后能满足上式,再计算图像估计Pn0,逆滤波 维纳滤波逆滤波和维纳滤波的比较(a)全滤波的逆滤波结果(b)半径受限的逆滤波结果(c)维纳滤波的结果(交互选择K)维纳滤波的结果非常接近原始图像,比逆滤波要好 主要内容背景知识图像退化/复原过程的模型代数恢复频域恢复几何校正 几何失真图像在获取和显示过程中，由于成像系统本身的非线性、图像获取视角的变化及拍摄对象表面弯曲等原因，产生图像几何形状的失真。 几何失真常见几何失真原图像透视失真枕形失真桶形失真 几何校正几何校正：将存在几何失真的图像校正成无几何失真的图像在对图像定量分析前，进行此处理，以免影响分析精度 几何校正几何校正基本方法是先建立数学模型，再利用已知条件确定模型参数，最后根据模型对图像进行校正通常由两个基本操作组成:空间坐标变换修改像素空间坐标，对图像平面上像素坐标位置进行校正或重新安排，以恢复其原有的空间关系灰度内插对空间变换后图像中像素赋予相应灰度值，以恢复原空间位置上的灰度值 空间坐标变换（数学模型） 空间坐标变换方法一已知h1(x，y)和h2(x，y)条件下的校正直接法，由退化图像的像素坐标(x’,y’)计算出原图像对应像素的校正坐标值(x,y)，保持其灰度值不变。校正后图像像素分布不规则，出现挤压、疏密不均现象，还需进行灰度内插生成栅格图像间接法，由假设的校正图像整数坐标(x,y)计算对应退化图像的非整数坐标(x’,y’)，由其周围像素灰度内插得到其灰度值。常用方法，较容易实现 常见图像几何变换平移xy 常见图像几何变换旋转 常见几何变换缩放xy 常见图像几何变换水平镜像：垂直镜像： 空间坐标变换方法二未知h1(x，y)和h2(x，y)条件下的校正用基准图像和几何畸变图像上的连接点来确定坐标变换函数h1(x，y)和h2(x，y)连接点是像素的子集,它们在输入(失真的)和输出(校正的)图像中的位置是精确已知的.基准图像f几何畸变图像g 空间坐标变换（数学模型）根据两图像中的连接点，建立函数关系，进行坐标变换，通常函数关系用二元多项式近似 空间坐标变换连接点总共有6个连接点,可解出6个系数,得到几何失真模型.通常需要足够多的连接点以产生覆盖整个图像的四边形集.一元多项式的线性变换 空间坐标变换二元多项式的线性变换 像素灰度内插 像素灰度内插最近邻元法：选择距离最近的邻像素灰度（x’，y’）像素值用最近邻（x，y）灰度插补 像素灰度内插最近邻元法优点：简单快速灰度保真度好缺点：误差大灰度不连续性造成视觉特性差锯齿现象 像素灰度内插双线性内插法:用4个最近邻点做两个方向内插︷β（x+1，y）（x，y＋１） 像素灰度内插显示具有25个连接点的图像几何失真后的连接点用最近邻点内插失真的图像复原结果使用双线性内插的失真图像复原图像利用最近邻点内插法,几何校正的效果可以接受的.但在灰度级赋值上有明显错误,特别时沿着灰和黑色区域的边界处.双线性内插法对此有明显改善.abcdef 像素灰度内插双线性内插法特点：计算邻近各点的灰度特征，灰度过渡平滑，效果较好，但计算量大具有低通滤波性质，图像轮廓产生模糊 像素灰度内插三次内插法三次多项式近似表示最佳插值函数sinx/x 像素灰度内插三次多项式内插利用周围16个邻点像素值 像素灰度内插灰度内插公式为 像素灰度内插三次多项式内插特点计算量大，效果最好，精度最高 几何校正 作业P1136,7 平时作业研究数字图像处理领域的具体课题，搜集相关文献，整理资料并作出报告。报告内容包括：课题简介、国内外研究现状、主要技术手段、发展方向具体课题不限，可以是指定课题，也可自我选择推荐课题名称：车辆识别中的子课题，如车牌定位、车牌倾斜校正、字符分割、字符识别，要求对某一具体算法进行说明。（子课题简介、国内外研究现状、算法流程、算法优缺点）人脸表情识别仿生鱼设计机器人视觉指纹鉴别文字识别技术图像检索 转述句转述句把别人说的话，自己再说一遍就叫做转述，这样的句子叫做转述句。 小歌谣：一改标点：冒号改逗号，引号给去掉；二改人称：碰到我改成他（她），碰到你看前面，前面是谁改成谁。例如:妈妈对小红说：“我在楼下等你。”改为：妈妈对小红说，她在楼下等小红。 直述句改转述句的基本步骤引号前的内容不变。去掉引号，改冒号为逗号。不改变句子的意思改变人称。 刘萍告诉老师：“这支笔是我的。”老师对我说：“我放学后去你家。”刘萍告诉老师，那支笔是她的。老师对我说，他放学后来我家。 他拍着我的肩头，轻声说：“我知道你希望有那么一匹马。”他拍着我的肩头，轻声说：“他知道我希望有那么一匹马。”他拍着我的肩头，轻声说,他知道我希望有那么一匹马。老人叫住我，说，是他打扰了我吗？老人叫住我，说：“是我打扰了你吗？”老人叫住我，说，是我打扰了你吗？ 小明笑嘻嘻地对小军说：“我是不会帮你扫地的。”小明笑嘻嘻地对小军说，他是不会帮小军扫地的。 1、妈妈对我说：“今天我要开会，你自己做吃。”妈妈对我说，今天她要开会，叫我自己做饭。2、老师对小明说：“这件事情，你冤枉了小红”老师对小明说，这件事情，小明冤枉了小红。3、鲁肃对我说：“都是你自己找的，我怎么帮得了你的忙？”鲁肃对我说，都是我自己找的，他怎么帮得了我的忙？4、妈妈对小宁说：“昨天，你到哪里去了？我找了你一整天。”妈妈对小宁说，昨天，小宁到哪里去了？她找了他一整天。5、妈妈说：“我今晚上要加班，回家要迟一点，你先睡觉。”妈妈说，她今晚上要加班，回家要迟一点，叫我先睡觉。 6、总理对我说：“我今晚上要批这些文件，你送来的稿子，我放在最后。你到隔壁值班室去睡一觉，到时候叫你。”总理对我说，他今晚上要批这些文件，我送来的稿子，他放在最后。叫我到隔壁 值班室去睡一觉，到时候叫我。7、老师傅对鲁班说：“我要考考你的木工活。”老师傅对鲁班说，他要考考鲁班的木工活。8、妈妈对我说：“下午我们班要参加歌咏比赛，许小燕没有蓝制服，我答应把你的借给她。”妈妈对我说，下午她们班要参加歌咏比赛，许小燕没有蓝制服，她答应把我的借给许小燕。 9、老师严厉地对小敏说：“你必须把教室打扫干净。”老师严厉地对小敏说，小敏必须把教室打扫干净。10、老师对王小宁说：“我有事，你组织同学们继续完成制作。”老师对王小宁说，他有事，叫王小宁组织同学们继续完成制作。11、王明再也忍不住了,抢着对老班长说:“我帮你一起找,我找得见。王明再也忍不住了,抢着对老班长说，他帮老班长一起找,他找得见。 1.爸爸：“小红，告诉妈妈，今天爸爸不回家吃饭了。”爸爸让小红告诉妈妈，今天他不回家吃饭了2.他凑到我耳边轻轻地问：“记者,你见过电灯吗?”他凑到我耳边轻轻地问我见过电灯没有。3.老师傅说：“好吧，我把你收下了。”老师傅说，好吧，把我收下了。4.老师再三嘱咐我们说：“你们寒假里要认真完成作业，坚持锻炼身体。”老师再三嘱咐我们说，要我们寒假里认真完成作业，坚持锻炼身体。5.叙利奥说：“爸爸，我来替您写。”叙利奥说，他来替他爸爸写。 拓展练习老班长说，他没有完成任务，没把我们照顾好。将转述句改为直述句老班长说：“我没有完成任务，没把你们照顾好。” 1.赵王告诉蔺相如说：“你要带着宝玉到秦国。”2.刘萍告诉老师：“这次的中队会由我来主持。”3.武松道：“这可奇怪了！你如何不肯卖酒给我吃？”4.蔺相如说：“秦王我都不怕，会怕廉将军吗？”5.她深有感触地说：“我小时侯总是羞羞答答的。”6、美丽的姑娘说：“我是智慧的女儿。”7.一位台湾同胞说：“我是中国人，我爱中国。”8、 小明高兴地告诉妈妈：“我在新华书店买了一本《雷锋日记》。”9.王宁说:“我要像李永勤那样关心集体。”10.小红军对陈赓说:“我还要等我的同伴呢。” 11.孙子对祖父说：“老猫就在这里。我去把它叫醒。”12.鲁迅说：“我的信如果要发表，且有发表的地方，我可以同意。”13.张明对王强说：“我今天中午要到商店去买东西，回去可能要迟一点，请你告诉我妈妈。”14.张老师对小明说：“我今天中午有事情，不能到公园去了，请你告诉张春，叫他不要等我了。”15.小明对小芳说：“你的书包非常漂亮，我非常喜欢。”'