人声处理

图像的盲解卷积恢复 A Me th o d fo r Im a g e Re s to ra tio n w ith Ite ra tio n Blin d De co n vo lu tio n 聊城大学赵桂青() ZH A O G U IQ IN G摘要通 常 图 像 恢 复 方 法 均 在 成 像 系 统 的 点 扩 展 函 数 已 知 下 进 行 实 际 上 它 通 常 是 未 知 的 未 知 的 情 况 下 盲 解在 : PSF , PSF , 。 卷 积 是 实 现 图 像 恢 复 的 有 效 方 法 该 算 法 优 点 是 在 对 失 真 情 况 毫 无 先 验 知 识 的 情 况 下 仍 能 实 现 对 模 糊 图 像 的 恢 复 操 作 。, , 。 用 出了利实现的图像恢复实例并对恢复图像的失真情况做了改善MATLAB , 。 给 关键词盲解卷积图像恢复 : ; ;MATLAB;PSF 中图分类号文献标识码:TN911 :A Abstr act:In a general way, the restoration of images is processed with the fact that the PSF of imaging system is ageneral.Actually it is unknown commonly.In such condition , blind deconvolution is the effective method to realize images restoration.This paper discusses the method for blurring images restoration.The blurring factor is not necessary to be known in advanced to restore these images.At the last of the paper, there is the example of image restoration based MATLAB, and improving about distortion of the images after 技restoration. Key wor ds: blind deconvolution,image r estor ation,MATLAB,PSF 术 在图 像 的获 取 传 输以 及 记 录保 存 过 程中 会 由 某些 因 素 , (3) 、 创引起图像退化使图像效果明显变差要较好地显示图像必须 , , 。这里的 和 为综合了拉格朗日乘子之后的系数这样 αα。,1 2 对退化的图像进行处理恢复出原始图像, 。 问题的关键在于及的选取规则 采用 r(f)r(h), H,1 新在实 际 应用 中 通 常假 定 传 输系 统 是 线性 系 统 并用 如 下 , , 其中?为梯度算子则方程可写成 , (3) 的卷积模型来模拟退化过程 (1) (4)式中 是 原 始 图 像 是 综 合 所 有 退 化 因 素 得 到 的 f(x,y), h(x,y) 系统函数称为成像系统的冲激响应或者点扩展函数, (PSF), g(x, 为实际得到的退化图像为噪声模型示卷积运算y), n(x,y), * 。 对上式中积分号以内的部分求偏导分别对 和 可得(f h)根 据 这 个 退 化 模 型 图 像 的 恢 复 问 题 可 以 看 作 是 对式 , (1) (5)进行解卷积通常图像恢复方法均在 已知下进行实际上 。PSF , (6)它通常是未知的盲解卷积算法恢复是利用原始模糊图像同 , 。 为拉普拉斯算子实际应用中对处理的都是数字图像。, , ?时估计 和清晰 图 像的 一 种 图像 恢 复 方法 是 一 种迭 代 的 。PSF 应的离散化形式为方法每一次迭 代 都 可以 提 高 解的 似 然 性随 着 迭 代次 数 的 增 , , (7)加最终将会收敛在具有最大似然性的解处该算法优点是, , 。 (8)在对失真情况毫无先验知识的情况下仍能实现对模糊图像的 , 整理两式得 (7)、(8), (9) 恢复操作。(10) 频域迭代盲解卷积 1 令 为 的傅立叶变换为 的傅 f(m,n), h(m,n) 立叶 变 换 为 的 傅 立 叶 变 换 为 的, , g(m,n)由方程可以看出要解出 必须进行解卷积采用最小 (1), f, 。 则式的频域形式为傅立叶变换(9)、(10), 二乘约束的方法同时对 和 进 行 约 束选 作 为 惩罚 , , f h r(f)+r(h) 函数由式得, (1) (11) 并且有 所以 (2) 则图像的复原问题可归结为如下的最小约束问题 (12) 当 对应的拉各朗日形式为 这里给出一个 的经验公式, R (13)赵桂青讲师 : k (k+1)为提高精确程 度 采用 迭 代 的方 法先 固 定解 出 再, :h, f;基金项目山东省科技攻关计划 : (LB401) - - 元 年 邮局订阅号360/: 82-946《现场总线技术应用 200 例》278 您的论文得到两院院士关注图 像 处 理(k+1)(k+1)根据 解出 如此迭代迭代公式如下 fh, , (14) (15) 算 法 整 理 如 下首 先 取 初 值 :: , 及迭代次数 然后进行傅立叶变换分别记为 其中k;, F,H,R,G, 由式确定再利用两式进行迭代判断 是 (13);(14)、(15);k 图 图像恢复及使用的 3 PSF 否为 则对结果 进行反傅立叶变换变回时域的 输 若为 , , 00 F f, 恢复的图像存在一定的环是由图像边界或灰度变化较“”, 出显示否则继续迭代, 。 大的部分产生的使用 参数消除环的存在首先调用 。WEIGHT : 函数找出图像中灰度变换较大的部分同时对图像进行膨edge , 盲解卷积图像恢复的 实现 2 MATLAB 胀操作以扩充图像的处理区域图像边界或灰度变化较大的像。的 图 像 处 理 工 具 箱 提 供 了 盲 解 卷 积 MATLAB7 . 0 decon- 素将被设置为 数组对图像进行然后使用所定义的 0。WEIGHT 函 数 其 调 用 格 式 为 , vwnr : 重建得到如图 所示的恢复结果由图可以看出恢复后的图, 3 。, [J,PSF] = deconvblind (I,INITPSF,NUMIT,DAMPAR,WEIGHT, 像消除了环的存在但是恢复结果仍有一定的失真“”, , 。 READOUT) 算子提取WEIGHT = edge(i,' sobel' ,.28); %soble 其中输入参数依次表示输入图像的估计值算法重 、、PSF se1 = strel(' disk' ,1);复次数偏移阈值屏蔽坏像素噪声矩阵输出参数 表示恢 、、、。J se2 = strel(' line' ,13,45);复后的图像与 具有相同的大小表示重建点扩散 , PSF INITPSF , 膨 胀WEIGHT = 1 - double (imdilate (WEIGHT ,[se1 se2])); % 函数。 操作边界像素设为零, 作为对比先给出一幅清晰图像并将其模糊化如图 所示 , , , 1 : 保存数据%p1 = p; i = imread(' cameraman.tif' ); 修改 函数PSF p1(find(p1<0.01))=0; %原始图像 subplot(2,2,1),imshow(i);title(' ' ); 利用上面得到%[k2 p2] = deconvblind(j,p1,50,[],WEIGHT); 产生 PSF = fspecial(' motion' ,13,45); %PSF 的 进行盲解卷积WEIGHT 真实 subplot(2,2,2),imshow(PSF,[]);title(' PSF' ); 新恢复的图像figure(3); subplot(1,2,1),imshow(k2);title(' ' );模糊化 j = imfilter(i,PSF,' circ' ,' conv' ); % 新 使 用 的subplot(1,2,2),imshow(p2,[],' notruesize' );title(' 模糊后图像subplot(2,2,3),imshow(j);title(' ' ); PSF' ) 盲解卷积恢复图像的改善3 为了改善恢复图像的失真可采用适当的滤波处理图像 , 。 的滤波方 式较 多 对 卷积 图 像 的失 真 较 适合 的 方 式是 二 维 适 , , 应性去噪过滤处理这里对比给出不同参数的滤波效果如图 。, 4 所示由图可见滤波参数越大对背景图像的失真改善越好。, , , 但图像细节劣化严重图 原始图像真实 及其模糊图像 。1 、PSF 初步对图像进行恢复如图 所示k3 = wiener2(k2,[5 5]);, 2 : 二 维 适应 性 滤 波 figure(4);subplot(2,2,1),imshow(k3);title(' 1 int = ones(size(PSF)); ' );[k p]= deconvblind(j,int,30); 不同参数滤波效果比较 k3 = wiener2(k2,[4 4]); %figure(2); 二维适应性滤波 2' ); 初步恢复后图像subplot(2,2,2),imshow(k3);title(' subplot(1,2,1),imshow(k);title(‘’); k3 = wiener2(k2,[6 6]);初 步 重 建 使 用 subplot(1,2,2),imshow(p, []’,notruesize’);title (‘ 二维适应性滤波 的 3' ); subplot(2,2,3),imshow(k3);title(' PSF’); 图 二维适应性滤波不同参数比较4 可见 盲 解卷 积 恢 复结 合 二 维适 应 性 去噪 过 滤 处理 是 在 , , 对失真情况毫无先验知识的情况下下转第 页图 初步恢复的图像及所用 , (291 )2 PSF - -邮局订阅号82-946 360 元 /年 《P LC 技术应用 200 例》: 279 陆旭光汪岳峰等基于视觉感兴趣区的图像质量评价方法 [1], . 大 人 眼 视 觉 滤 波 器 的 尺 寸 以 包 含 中 心 像 素 的 全 部 分 散 误 差 ,则会由于更多无关像素参与中心像素重构而使图像模糊综, 。 微计算机信息 [J]. 2005, 10- 3: 95- 96. [2]Naranjan Damer- venkata, Thomas D. Kitt, Wilsons, et al. Image 合 以 上 两 方 面 的 原 因 我 们 选 择 了 的 人 眼 滤 波 器 和 ,3x3 3x3 quality assessment based on a degradation model [J]. IEEE 的维纳滤波器 。 Transactions. On Image Proceedings, 2000, 9 (4) : 636,650. [3]Opponent Color Spaces. EE637 Digital Image Processing I: Purdue University VISE - January 18, 2004. [4]X. Zhang and B. A. Wandell. A Spatial extension of CIE Lab for digital color image reproduction. SID Tech.Dig, 1996: 731- 734. 图 误差分散半调核5 [5]T. J. Flohr, et al. Model based color image quantization. SPIE 表 参与图像重构运算的分散误差占总分散误差的比例2 Human Vision, Visual Proc. and Digital Display IV, 1993, Vol. 1913: 270- 281. [6]Vishal Monga, et al. Linear Color Separable, Human Visual System Models for Vector Error Diffusion Halftoning. IEEE Signal Processing Letters, April 2003, Vol.10, No.4: 93- 97. 作者简介刘晓虹女年生汉族内蒙古人在读硕士生主。 : ,,1969 ,,,实验结果4.2 要研 究 方向图 像 处理孔 月 萍女:; E_ mail: xhbt@163.com;, ,1965 为了验证算法的有效性和可靠性我们做了大量的实验 ,,年生汉族重庆人副教授硕士生导师主要研究方向图形图像 ,,,,:。 在观察逆半调图像的视觉效果的同时测试了逆半调图像的峰 处理数据库、。技值信噪比以 (PSNR)。512x512 Airplane, Lena, Peppers, Mandrill, Biogr aphy:Liu, Xiaohong, Sex: Female, Date of birth: 1969; 术 的 半 调 图 为 例 本 文 算 法 与 Barbara Floyd- Steinberg , fastiht2、 Native province: Inner Mongolia; Education: postgraduate; Major: 的实 验 结 果进 行 了 比较 如 表 所示图 为 逆半 lut、Elut , 3 ;5 lut Image processing; E_ mail: lxhbt@163.com; Kong, Yueping, 图 和 本 文 算 法 逆 半 调 图 比 较 分 别 为 , 128x128Lena, Barbara. 调创 Sex: Female, Date of birth: 1965; Native province: Chong qing; 前者为原图中间为 逆半调图后边是本文算法逆半调图、lut 、。Associate professor; Tutor of postgraduate; Major: Graphics & 新 image processing, database. 表 灰度逆半调图像的 值 3 PSNR 西安西安建筑科技大学刘晓虹孔月萍 ) (710055 西安 蒙古科技大学刘晓虹) (710055 通讯地址西安西安建筑科技大学 信箱刘晓虹:(710055 336 ) 孔月萍 收稿日期修稿日期(:2006.1.3)(:2007.2.5) 上接第 页(279 ) 实现对模糊图像恢复操作的实用方案但图像恢复过程中的细节 。 劣化问题尚需进一步改善。 本文作者创新点对盲解卷积恢复图像失真的改善提出一种 :: 较适合的滤波方法并对比出不同滤波参数对图像质量的影响, 。图 的原图逆半调图和本文算法逆半调图5 Lena、Barbara 、lut 参考文献 : 通过实验数据以及逆半调结果图像比较可以看出本文算 罗军辉冯平等在图像处理中的应用北京机械 , [1],.MATLAB7.0 .: 法与文献 给出的结果非常接近由于本算法只采用了两次9,10 。工业出版社,2005 空间域滤波处理因而时间复杂度空间复杂度较低3x3 , 、。于大勇等频域迭代盲解卷积图像恢复方法及其算法实现中 [2].. 国激光，2002.29.12:1101,1104 结论5 作者简介赵桂青聊城大学物理科学与信息工程学院 女: (1971- ), , 讲师研究方向光通信技术, :,E- mail :zhaoguiqing1971@sina.com。 本文针对灰度图像逆半调算法复杂度高的特点提出了一 , 种基于人眼视觉特征的灰度半调图像的逆半调算法算法将人 。Biogr aphy:Zhao Gui - qing(1971 —),femal,docent,study in optical 并与公开 , 眼观察景物时处理信息的方式借鉴到逆半调过程中communication technique,Address:School of Physical Science and 发表的逆半调方法文献中的 值进行了比较实验表明本 PSNR , Information Technology,Liaocheng University,No. 34,Wenhua 文采用的方法效果良好且复杂度较低进一步的研究工作需要 。Road,Liaocheng,Shandong Province 252059,China,E- mail :zhao 在获取复杂度较低的彩色图像的逆半调算法方面展开。guiqing1971@sina.com. 本文作者创新点本文首次将人眼视觉特征的对比敏感度 : 山东聊城聊城大学 物理科学与信息工程学院赵桂青(252059 ) 特性多通道 特 性 以及 人 类 视觉 系 统 模型 应 用 到图 像 的 逆半 、, 山东聊城 聊城大学 物理科学与 信 息 工程通讯地址: (252059 调系统的中使 得 逆 半调 系 统 处理 结 果 达到 至 好于 国甚, 、 学院赵桂青) 收稿日期修稿日期(:2006.1.3)(:2007.2.5) - -邮局订阅号82-946 360 元 /年 《P LC 技术应用 200 例》: 291