文档介绍：运动模糊图像复原技术及其应用
赵丹培
宇航学院图像处理中心D座407
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2010年5月
目录
图像复原技术概述
运动模糊图像复原的基本原理
典型的运动模糊图像复原方法
几种恢复方法的性能比较
图像复原质量评价
运动图像复原方法的应用
什么是图像复原技术?
图像复原技术也常被称为图像恢复技术,是当今图像处理研究领域的重要分支。
图像复原技术能够去除或减轻在获取数字图像过程中发生的图像质量下降(退化)问题,从而使图像尽可能地接近于真实场景。
什么是图像退化?
景物形成过程中可能出现畸变、模糊、失真或混入噪声,使所成图像降质,称为图像“退化”。
图像复原技术概述
引起图像退化的原因:
造成图像退化的原因有很多,典型原因表现为:
成像系统的象差、畸变、带宽有限等造成的图像失真;
由于成像器件拍摄姿态和扫描非线性引起的图像几何失真;
运动模糊,成像传感器与被拍摄景物之间存在相对运动,引起所成图像的运动模糊;
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;
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;
图像在成像、数字化、采集和处理过程中引入的噪声。
图像复原与图像增强的关系:
图像复原与图像增强存在密切的联系,它们都是为了改善图像的视觉效果,得到某种意义上的改进图像,也就是希望改进输入图像的视觉质量,便于后续处理。
图像增强技术:更偏向主观判断,即要突出所关心的信息,满足人的视觉系统,具有好的视觉结果。
图像复原技术:根据图像畸变或退化的原因,进行模型化处理,将质量退化的图像重建或恢复到原始图像,即恢复退化图像的本来面目,忠实于原图像。因此必须根据一定的图像退化模型来进行图像复原。
图像复原方法的分类:
图像复原大致可以分为两种方法:
一种方法适用于缺乏图像先验知识的情况,此时可对退化过程建立模型进行描述,进而寻找一种去除或消弱其影响的过程,是一种估计方法;
另一种方法是针对原始图像有足够的先验知识的情况,对原始图像建立一个数学模型并根据它对退化图像进行拟合,能够获得更好的复原效果。
两种方法各有优缺点,第一种方法不需要先验知识,但其缺点是速度较慢,效果也不如第二种好;而第二种方法只要有正确的模型,就可在相对较短的时间内得到较好的效果,其缺点是建立准确的模型通常是十分困难的。
从方法和应用角度的分类:
频域图像恢复方法:逆滤波、维纳滤波等;
线性代数恢复方法:线性代数滤波方法、空间域滤波方法等;
非线性代数恢复方法:投影法、最大熵法、正约束方法、贝叶斯方法、蒙特卡罗方法等;
频谱外推法:哈里斯外推法、长球波函数外推法;
反卷积恢复方法:盲复原方法
典型应用:
大气湍流退化图像复原;
离焦衍射图像复原;
高速运动模糊图像的复原;………
频域法
逆滤波法
维纳滤波法
约束最小平方
滤波法
小波变换法
线性代数
复原法
无约束复原法
有约束复原法
伪逆滤波法
奇异值矩阵分解
SVD法
非线性代数
复原法
凸集投影法
最大熵复原法
贝叶斯复原法
遗传进化法
频谱外推法
哈里斯外推法
长球波函数
外推法
能量连续降减法
神经网络法
消除运动模糊的几种补偿方法
运动模糊的实质是由于相机与景物之间相对运动而造成曝光瞬间感光介质相对被照物影像相对运动,也就是说存在着像移。如果能减小或者消除这种像移就可以抑制运动模糊的产生。目前常用的消除像移的方法有以下几种:
机械式像移补偿法
光学式像移补偿法
电子式像移补偿法
集成像移补偿法
图像式像移补偿法
机械式补偿法:
利用机械结构及其组件在曝光时移动光感应介质,使剩余像移量尽可能小,从而达到抑制运动模糊的目的。
该补偿法适用于飞行器横滚、俯仰和相机扫描引起的运动模糊,主要用在胶片式垂直照相相机上,实现时是用拉动型量片机构移动胶片并精确控制卷片机构以保证必要的补偿精度。美国的KA-112A航空侦察相机用移动胶片法消除扫描和横滚造成的像移。
优点:感光面上各点的补偿速度一样且没有附加光学系统。
缺点:它对结构的运行及制作精度要求高、需大功率传动装置,限制了它在航空相机特别是广角镜头相机上的应用;D 转变,其相应的像移补偿方法也在发生改变。