【正文】 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 二 〇 一 四 年 六 月 本科畢業(yè)論文 題 目： 濾 波 器 的 形 狀 和 尺 寸 對 圖像 濾 波 的 影 響 學 生 姓 名 ： 閆 佳 婧 學 院 ：理學院 系 別 ： 物 理 系 專 業(yè) ： 電 子 信 息 科 學 與 技 術 班 級 ： 電 科 10 1 班 指 導 教 師 ： 李 維 雅 講師 學校代碼： 10128 學 號： 202020906002 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 摘要 在我們的工作和生活中， 圖像處理的應用非常廣泛，在各個領域都有著非常重要的作用。濾波器在圖像處理中應用的比較多，它對圖像去噪處理有很好的效果。本文討論的是濾波器的形狀和尺寸會不會對圖像濾波器造成影響。利用 MATLAB 軟件，通過改變中值濾波器的形狀和尺寸，對圖像噪聲進行去噪處理，程序運行之后對比處理后的圖像的不同之處。對比后發(fā)現(xiàn)圖像去噪的效果以及圖片質量都會隨著中值濾波器的形狀和尺寸變化的。 關鍵詞： 數(shù)字圖像處理；高斯噪聲 ； 椒鹽噪聲；中值 濾波 器 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 Abstract In our work and life, has a very wide range of application of image processing, it has a very important role in various in the applications of image processing is more, it is very good effect for image denoising in this article is the shape and size of filter will affect the image the MATLAB software, through changing the shape and size of median filter, to deal with the noise of image noise, programs run after the difference between the processed image is shows that the effect of image denoising and image quality will change as the shape and size of the median filter. Keywords: Digital image processing。 Gaussian noise。 Salt and pepper noise。 Median filter 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 目 錄 引言 ????????????????????????????????? 1 第一章 ??????????????????????????? 5 ????????????????????????????? 5 ??????????????????????????? 6 ?????????????????????????6 第二章 ?????????????????????? 11 ?????????????????????? 11 結論 ????????????????????????????????? 31 注釋 ????????????????????????????????? 32 參考文獻 ??????????????????????????????? 33 附錄 ????????????????????????????????? 34 謝辭 ???????????????????? ????????????? 35 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 1 引言 在實際的日常生活中，人們要接觸很多的圖像，畫面。但在景物成像的過程中可能會出現(xiàn)模糊、失真 或混入噪音的情況，導致圖像的質量下降，這種現(xiàn)象稱為圖像“退化”。因此我們可以采取一些技術手段來盡量減少甚至于消除圖像質量的下降，還原圖像的本來面目，這就是圖像的復原。 引起圖像模糊有很多種的原因，舉例來說有運動引起的，高斯噪音引起的，斑點噪音引起的，椒鹽噪音引起的等等。 圖像復原的算法：數(shù)字圖像復原問題實際上是在一定的準則下，采用數(shù)學最 優(yōu)方法從退化的圖像去推測原圖像的估計問題。不同的準則及不同的數(shù)學最優(yōu)化方法就形成了各種各樣的算法。常見的復原方法有，逆濾波復原算法，威納濾波復原算法，盲卷積濾波復原算法，約束最小二乘濾波復原算法等等。 其中維納濾波是最典型的一種， 20 世紀 40年代，維納奠定了最佳濾波器的研究基礎。即假定輸入時有用信號和噪音信號的合成，并且他們都是廣義平穩(wěn)過程和他們的二階統(tǒng)計特性都已知。維納根據(jù)最小均方準則（即濾波器的輸出信號與需要信號的均方值最?。?，求得了最佳線性濾波器的參數(shù)，這種濾波器被稱為維納濾波器。在圖像恢復和處理中被 廣泛使用。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 2 第一章 數(shù)字圖像處理 數(shù)字圖像處理的概念 數(shù)字圖像處理（ Digital Image Processing）又稱為計算機圖像處理，是指通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等處理的方法和技術。以數(shù)字格式存儲的圖像才可以用計算機進行圖像處理，數(shù)字圖像就是以數(shù)字格式存儲的圖像。我們生活中常見的照片、圖片、海報等均是屬于模擬類的圖像，如果想要將模擬類的圖像數(shù)字化后并且使它生成數(shù)字圖像就需要使用數(shù)字化的一些設備。目前，將模擬類的圖像數(shù)字化的設備是掃描儀，當然也還可以利用 數(shù)碼相機的拍攝以數(shù)字格式存儲的數(shù)字圖像。模擬類的圖像通過掃描儀進行的逆光數(shù)字化或者是由數(shù)碼相機直接拍攝的景物圖，都是以數(shù)字的格式存儲在計算機中的。既然是數(shù)字格式，計算機當然可以方便地對圖像進行各種處理，用以實現(xiàn)視覺效果和特殊效果。 數(shù)字圖像處理的背景 從 20 世紀 20年代，圖像處理首次應用于改善倫敦和紐約之間海底電纜發(fā)送的圖片質量。到 20世紀 50 年代，當時的計算機發(fā)展水平已經很高，人們就開始運用計算機來處理一些圖形和圖像的信息。數(shù)字圖像處理成為一門學科大約在 20世紀 60 年代初。最早的圖像處理是改 變圖像的質量，它以人為對象，來改變人的視覺效果。圖像處理過程中，輸入的是質量比較低的圖像，輸出的是改變質量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強、壓縮、復原、編碼等等。第一次獲得成功的是 美國 噴氣推進實驗室 （ JPL）。 1964 年他們對上千張的月球照片進行了圖像處理，運用了幾何校正、灰度變換、除噪等方法，獲得 了前無史例的成功，加快了數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展。在以后的宇航方面， 數(shù)字圖像處理技術 起到了空前巨大的作用。 20 世紀 70 年代，數(shù)字圖像處理技術得到了迅速的發(fā)展，進一步完善了數(shù)字圖像處理的理論和方法，并且應用范圍變得更加廣泛。 70 年代中期，計算機技術還有 人工智能 、思維科學上的研究都得到快速的發(fā)展，數(shù)字圖像 處理技術在向著更高層次發(fā)展。人們已經開始探索研究怎樣利用計算機來解釋圖像，實現(xiàn)利用 人類視覺系統(tǒng) 解釋外部廣闊世界，這種研究被稱之為圖像理解或者稱為 計算機視覺 。許多國家，尤其是發(fā)達國家投入了更加多的人力和物力到這項研究中，獲得了很多重要的研究成果。其中最具有代表性的成果是 MIT 的 Marr 在 70年代末提 出的視覺計算理論，這項理論成內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 3 為計算機視覺領域在以后的十多年中的主要思想。雖然，圖像理解在理論方法研究上已經取得得很多的進展，但是它的其實本身是一個很難的研究領域，由于人類對其自己的視覺過程還了解的不多，所以計算機視覺依然是一個需要人類進一步探索研究的新領域。從 20世紀 70 年代末到現(xiàn)在，每個應用領域都對數(shù)字圖像處理技術提出了更高的要求，使其向更深層的方向發(fā)展。尤其是在景物理解和計算機視覺方面，圖像處理已經從二維處理逐漸發(fā)展到三維理解或者解釋。近年來，隨著計算機和其他有關領域的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術已經有一 個研究領域演變成了科學研究中經常應用的一種工具。 數(shù)字圖像處理的內容及特點 數(shù)字圖像處理的內容 、表示和表現(xiàn) 將模擬圖像信號轉化為數(shù)字形式，并且將數(shù)字圖像顯示出來。這個過程是要進行圖像數(shù)字化，就是將圖像用一組數(shù)字表示出來，然后再運用計算機進行分析和處理。 圖像復原的主要目的是去除干擾、模糊和圖像畸變，恢復圖像的本來面目。典型的去噪操作就屬于復原處理。 如果圖像的質量下降，并且原因已知，這樣的情況就可以利用圖像復原技術對圖像進行修正。圖像復原最重要的部分 是需要一個合理的模型。因為不同圖像的退化原由不同，因此就會采用不同的復原方法。 數(shù)字圖像的一大特點就是數(shù)據(jù)量龐大，所以，在實際的情況中就需要進行圖像壓縮，用以減少數(shù)字圖像所需要的數(shù)據(jù)量。編碼在壓縮技術中最主要的方法，在一定要求下對圖像進 行編碼，就可以對圖像的數(shù)據(jù)進行壓縮。 圖像編碼壓縮技術可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量，以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間和減少所占用的存儲器容量。 對圖像增強的原理主要是突出圖像中某些特殊信息，減弱甚至除去不需要的信息，從而使想要得到的信息得到加強，便于區(qū) 分。圖像增強優(yōu)勢可能要去改變圖像的視覺效果，使人便以觀察。也可以避免圖像中的重要信息被遺漏。 （ 1）直方圖均衡化 在圖像增強方面有很多種算法，最常用的是直方圖均衡化。直方圖均衡化就是指通過利用直方圖統(tǒng)計出來的結果趨勢圖像達到直方圖均衡的方法，這種方法可以達到內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 4 增強圖像的效果。利用直方圖的統(tǒng)計，可以得出，圖像中的所有的亮度所占的比例分布不同，通過加大直方圖統(tǒng)計中的比例高和比例低的的像素之間的亮度差來提高圖像的效果。灰度直方圖大部分初一低灰度區(qū)域，隨意圖像中一些比較暗的區(qū)域，有些模糊，看不清楚。直方圖均衡化可以用 histep（）函數(shù)來實現(xiàn)。 （ 2）灰度變換法 某些圖像是低對比度圖像，表現(xiàn)是圖像偏亮或者偏暗，或是圖像的灰度失真。因此，就需要根據(jù)某種條件利用灰度變換對圖像的灰度值進行處理，來改善圖像的質量。如果圖像中的某一部分比較暗，那么就顆粒利用灰度變換使較暗的像素值增大，這樣就可以使圖像的亮度提高。 （ 3）平滑和銳化濾波 處理平滑圖像中的噪聲就需要平滑濾波技術，使用求像素灰度的中值或者平均值的方法得出。平滑濾波一般可以用低通濾波實現(xiàn)，它的目的是去除噪聲以及圖像中的模糊部分。圖像的銳化技術是使圖像灰度 的反差增強，加強圖像中的一些指定部分的圖像細節(jié)，也可以增強圖像中的邊緣和輪廓的信息。圖像的銳化的優(yōu)點是可以使圖像的邊緣細節(jié)變得清晰，這種技術可以用高通濾波來實現(xiàn)。 圖像分割就是將圖像分成區(qū)域，并且將圖像中較特殊的部分提取出來的一個過程，以便可以進一步的對圖像進行分析。 常用的幅度分割方法就是將圖像的灰度分成不同等級，然后用設置灰度值的方法確定有意義的區(qū)域或欲分割物體的邊界 。 圖像增強、圖像復原和圖像編碼是圖像到圖像的處理，即輸入的是圖像，輸出的還是圖像。而圖像的重建是從數(shù)據(jù)到圖像的 處理，也就是輸入的是數(shù)據(jù)，輸出的則是圖像。 CT 是圖像重建處理的最為典型的實例。 由于圖像陣列很大，如果直接在空間域中進行處理，涉及計算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術，將空間域的處理轉換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理。 （ 1）傅里葉變換 傅里葉變換是將時域信號分解為不同頻率的正弦信號或余弦信號疊加之和。傅里葉變換是一種經常用的正交變換，在圖像處理的過程中，傅里葉變換有著極其重要的內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 5 作用。在連續(xù)的情況下， 原始信號在一個周期內需要滿足絕對可積條件。在離散情況下，傅里葉變換是一定存在的。傅立葉變換使我們能通過頻率成分來分析一個函數(shù)。傅立葉變換有很多優(yōu)良的性質。比如線性，對稱性。時移性是指函數(shù)在時域中的時移，對應于它在頻域中附加而產生的相移，而幅度頻譜則保持不變；頻移性是指將不同的信號調制到不同的頻段上同時傳輸。計算機進行的傅里葉變換通常是離散型傅里葉變換，原因是計算機的運算時離散型，并且離散型傅里葉變換可以提高運算速度。 （ 2）離散余弦變換 圖像的二維離散預先變換簡稱 DCT，常用 dct2 函數(shù)來表示。 DCT 通常用作壓縮圖片， JPEG 的圖像格式就利