課程設計-運動模糊圖像的復原算法實現(xiàn)及應用(編輯修改稿)
2024-12-07 13:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 、不當?shù)慕咕?、遙感或天文中大氣的擾動、照片的掃描等等。圖象復原的目標是從退化圖象中重構(gòu)出原始圖象。 運動模糊圖象的恢復是圖象復原的主要分支之一，它的恢復算法有很多種。有些算法雖然有很好的恢復效果，但算法復雜，恢復時間比較長（如最大熵法）。有些算法雖然計算速度較快，但恢復效果不盡人意（如空間域逆向恢復）。在本 下 面 介 紹 逆濾 波 、維 納 濾 波 、 有 約束 最 小 二乘 方 和LucyRichardson 濾波 四種恢復方法 的原理 。 運動模糊的基本原理 當 飛機 以速度 V 在空 中飛行 時， 地面景物 相對 目標 向后移動到A? 。通過光學系統(tǒng)成像于 a? 點，在 CCD 靶面上像移速度為： A? = HV f?max （ 31） 式中： V： 飛機飛行 速度； H： 飛行高度； f?max ：光學系統(tǒng)最大焦距。 在 CCD 攝像機每場積分時間內(nèi)像移量 為 。 10 L? = ),( nmtV? （ 32） 式中：ｔ為 CCD 攝像機的場積分時間。 像移量的存在將使圖象模糊，為得到清晰圖象，必須要對像移進行控制。為保證足夠的動態(tài)分辨力一般選定殘余像移量為 CCD 像元尺寸的 1/3 左右。 CCD 攝像機每場積分 時間內(nèi)的像移量與場積分時間成正比關系?？刂葡褚菩枰膱龇e分時間，按下式計算。 a(s)fV H31max??? （ 33） 式中： a： CCD 像元尺寸。 由式 (33)可以看出，飛機飛行速度越快積分時間就越短，在實際工程中， CCD 的積分時間不能無限的縮小，而且高幀頻 CCD 的價格大型，通過數(shù)學模型來解決圖象的復原問題。多不菲。積分時間縮短后，為了保證圖象質(zhì)量，所需的地面照度就越大，這就限制了相機的工作條件，在許多情況下是不能接受的。目前解決運動模糊的主要手段 是通過了解圖象的退化過程建立運動圖象的復原模 型。 點擴散函數(shù)的確定 不同的點擴散函數(shù)（ PSF）會產(chǎn)生不同的模糊圖象。明確的知道退化函數(shù)是很有用的，有關它的知識越精確，則復原結(jié)果就越好。我們首先討論幾個典型的點擴散函數(shù)。 幾個典型的點擴散函數(shù) 運動模糊的點擴散函數(shù)：假設圖象是通過一個具有機械快門的攝像機獲得的。攝像機和拍攝物體在快門打開期間 T 的相對運動引起物體在圖象中的平滑。假設 V 是沿 x 軸方向的衡常速度，時間 T 內(nèi)PSF 的傅里葉變換 H(u,v)由下式給出： 11 Vuvt u?? )sin (v)H (u , ? （ 34) 離焦模糊的點擴散函數(shù)：由于焦距不當導致的圖象模糊可以用如下函數(shù)表示： arJ vu ),(1v)H(u, ? (25) 其中 J1 是一階 Bessel 函數(shù)， vu 222r ?? ， a 是位移。該模型不具有空間不變性。 大氣擾動的點擴散函數(shù)：大氣的擾動造成的圖象模糊在遙感和天文中是需要復原的。它是由大氣的不均勻性使穿過的光線偏離引起的，以下給出了數(shù)學模型 ，其表達式為： ? ? e vucvu )(,H 22 65??? （ 36) 其中 c 是一個依賴擾動類型的變量，通常通過實驗來確定。冪 5/6 有時用 1 代替。 當我們得到一幅退化圖象的時候，首先要判斷其退化類型然后通過已知的先驗知識進行恢復。以下的討論主要針對運動模糊 PSF 進行。 運動模糊點擴散函數(shù)的離散化 對于運動模糊而言，根據(jù)相機與目標的相對運動速度，相機的焦距以及相機相對目標的距離等就可以計算出 PSF。例如通過計算得到一幅模糊圖片的模糊方向是 x=6,y=4，連續(xù)的 PSF 為 見圖 (a)。 12 根據(jù)式 (216)和式 (217)，可以得到離散化以后的 PSF如圖 (b)?？梢钥吹接捎陔x散化的原因 PSF 并非是直線。在本文中的 PSF 均由此方法獲得。 1,1,0 ??? ???????? nxxnmy ?? (37) 1,1,0 ??? ???????? nyymny ?? (38) n： y 方向的模糊點數(shù)； m： x 方向的模糊點數(shù)。當 n=m 的時候用式 (37)計算當 nm 的時候用式 (38)計算。 []為取整符號 。 逆濾波復原 在六十年代中期 ，逆濾波（去卷積）開始被廣泛地應用于數(shù)字圖象復原。 Nathan 用二維去卷積方法來處理由漫游者、探索者等外星探索發(fā)射得到的圖象。由于和噪聲相比，信號的頻譜隨著頻率升高下降較快，因此高頻部分主要是噪聲。 Nathan 采用的是限定逆濾波傳遞函數(shù)最大值的方法。 在同一時期， Harris 采用 PSF 的解析模型對望遠鏡圖象總由于大氣擾動造成的模糊進行了逆濾波處理， Mcglamery 則采用由實驗確定的 PSF 來對大氣擾動圖象進行逆濾波。從此以后，逆濾波就成了模糊圖象復原的一種標準技術(shù)。 13 逆濾波原理 恢復退化圖象最簡單 的方法是直接逆濾波。在該方法中，用退化函數(shù)除退化圖象的傅里葉變換 F(u,v)來計算原始圖象的傅里葉變換估計 ),(? vuG ，由式 3
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