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1、Modern Image Analysis 5.1 退化模型 5.2 图像的无约束恢复 5.3 图像的有约束最小二乘恢复第五章 图像恢复Modern Image Analysis降质举例：概 述 基本概念运动模糊散焦模糊正弦干扰噪声Modern Image Analysis（c）（c）（d）（d）（e）（e）（f）（f）（a）、（c）和（e）分别为原图像、线性运动模糊图像和散焦模糊图像；（b）、（d）和（f）分别为相应的频率幅度图。散焦退化示例（a）（a）（b）（b）概 述Modern Image Analysis1.成像系统的像差、畸变、带宽有限等造成图像图像失真；2.成像器件拍摄姿态和扫描
2、非线性引起的图像几何失真；3.运动模糊：成像传感器与被拍摄景物之间的相对运动，引起所成图像的运动模糊；4.灰度失真：光学系统或成像传感器本身特性不均匀，造成同样亮度景物成像灰度不同；5.辐射失真：由于场景能量传输通道中的介质特性如大气湍流效应、大气成分变化引起图像失真；6.图像在成像、数字化、采集和处理过程中引入的噪声等。降质原因：概 述Modern Image Analysis退化图像：由于各种原因，使得原清晰图像变模糊，或者原图像没有达到应有的质量而形成的降质图像。图像恢复（复原）:使退化图像恢复本来面目。图像恢复过程及其关键：根据图像降质过程的某些先验知识，建立“退化（降质）模型”，运用
3、和退化相反的过程，将退化图像恢复。图像恢复准则：要用某一客观标准来度量，则为某种准则下的最优估计。概 述Modern Image Analysis图像恢复与图像增强的异同点相同点：图像增强与图像恢复都是改善给定图像的质量。不同点：（1）图像恢复是利用退化过程的先验知识，来建立图像的退化模型，再采用与退化相反的过程来恢复图像，而图像增强一般无需对图像降质过程建立模型。（2）图像恢复是针对图像整体，以改善图像的整体质量。而图像增强是针对图像的局部，以改善图像的局部特性，如图像的平滑和锐化。概 述Modern Image Analysis（3）图像恢复主要是利用图像退化过程来恢复图像的本来面目，它是
4、一个客观过程，最终的结果必须要有一个客观的评价准则。而图像增强主要是用各种技术来改善图像的视觉效果，以适应人的心理、生理需要，而不考虑处理后图像是否与原图像相符，也就很少涉及统一的客观评价准则。概 述Modern Image Analysis 图像恢复处理的关键问题在于建立退化模型。5.1 退化模型找退化原因建立退化模型反向推演恢复图像 怎么建立退化模型？在缺乏足够的先验知识的情况下，可利用已有的知识和经验对模糊或噪声等退化过程进行数学模型的建立及描述，并针对此退化过程的数学模型进行图像恢复。Modern Image Analysis 图像退化的一般模型(,)(,)(,)g x yH f x
5、yx y H可理解为综合所有退化因素的函数。此时图像的退化模型如图5.1.1所示。图像的退化过程一般都看作是噪声的污染过程，而且假定噪声是加性白噪声，这时退化后的图像为5.1 退化模型Modern Image Analysisf(x,y)H(x,y)g(x,y)图5.1.1 图像退化的一般模型实际的成像系统在一定条件下可以近似地看作是线性移不变系统，所以图像恢复过程中往往使用线性移不变的系统模型。5.1 退化模型Modern Image Analysis,和分别是,和的二维傅立叶变换。则有(,)G u v(,)F u v(,)N u v(,)g m n(,)f m n这样整个的求解过程就得到了
6、简化。如果系统是线性移不变的，在空间域中建立的退化模型可通过分块循环矩阵对角化导出频域中的恢复滤波器，将庞大的空域运算转化为相对较少的频域运算。上式对应我们即将讨论的频域退化模型。(,)(,)(,)(,)G u vH u v F u vN u v0,1,1,0,1,1uMvN5.1 退化模型(,)m n Modern Image AnalysisH(u,v)频域退化模型频域退化模型F(u,v)G(u,v)N(u,v)频域退化模型5.1 退化模型Modern Image Analysis1100110011001(,)(,)exp-2()1(,)(,)exp-2()1(,)(,)exp-2()M
7、NemnMNemnMNemnmunvF u vf m njMNMNmunvH u vh m njMNMNmunvG u vg m njMNMN 0,1,1;0,1,1uMvN相对于空域退化模型，在频域可利用DFT的快速算法FFT计算，以加速求解。5.1 退化模型Modern Image Analysis 几个退化函数1.摄像机和物体的相对运动假设时间T内物体与镜头产生位移，V 是沿着x 轴方向的恒常速度，退化函数 H(u，v)由下式给出：sin()(,)VTuH u vVTu 5.1 退化模型Modern Image Analysis2.不当的镜头焦距聚焦不准产生的退化函数 H(u，v)由下式给出：1(,)(,)J a rH u var 3.大气扰动大气扰动在遥感和天文中是需要恢复的退化。22 5/6()(,)c uvH u ve 5.1 退化模型