信号与图像处理基础 Image Restoration 中国科学技术大学自动化系 曹洋
University of Science and Technology of China 信号与图像处理基础 中国科学技术大学 自动化系 曹 洋 Image Restoration
主要内容 ·1.图像退化/复原过程的模型 ·2.图像噪声的空间和频率特性 ·3.图像噪声参数的估计及空间滤波复原 ·4.线性位置不变系统退化函数的估计 ·5.逆滤波 ·6.维纳滤波 ·7.约束最小二乘滤波 ·8.L0 Regularized平滑滤波 2
主要内容 • 1. 图像退化/复原过程的模型 • 2. 图像噪声的空间和频率特性 • 3. 图像噪声参数的估计及空间滤波复原 • 4. 线性位置不变系统退化函数的估计 • 5. 逆滤波 • 6. 维纳滤波 • 7. 约束最小二乘滤波 • 8. L0 Regularized平滑滤波 2
5.1图像退化/复原过程的模型 图像在形成、记录、处理和传输过程中， 由于成像系统、记录设备、传输介质和处 理方法的不完善，导致图像质量下降，称 为图像退化(Image Degradation) 图像质量下降可能的表现包括：畸变、模 糊、失真或混入噪声等
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 图像在形成、记录、处理和传输过程中， 由于成像系统、记录设备、传输介质和处 理方法的不完善，导致图像质量下降，称 为图像退化（ImageDegradation）。 • 图像质量下降可能的表现包括：畸变、模 糊、失真或混入噪声等
5.1图像退化/复原过程的模型 图像退化的具体原因包括： 一成像系统的像差、畸变、带宽有限等造成图像失真； 成像器件拍摄姿态和扫描非线性引起的图像几何失真； 成像系统与目标景物之间的相对运动，引起的图像运动 模糊； 光学系统或成像器件本身响应特性的不均匀，造成的灰 度失真； 由于场景能量传输通道中的介质特性如大气湍流效应、 大气成分变化引起的图像辐射失真。 一图像在成像、数字化、采集和处理过程中引入的噪声
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 图像退化的具体原因包括： – 成像系统的像差、畸变、带宽有限等造成图像失真； – 成像器件拍摄姿态和扫描非线性引起的图像几何失真； – 成像系统与目标景物之间的相对运动，引起的图像运动 模糊； – 光学系统或成像器件本身响应特性的不均匀，造成的灰 度失真； – 由于场景能量传输通道中的介质特性如大气湍流效应、 大气成分变化引起的图像辐射失真。 – 图像在成像、数字化、采集和处理过程中引入的噪声
图像退化过程 Blurred image Sharp image L Blur kernel h 点扩散函数 Point Spread Function 十 (Blur kernel) Camera Noise n
图像退化过程 点扩散函数 （Point Spread Function） (Blur kernel) Blurred image I Sharp image L Camera Noise n Blur kernel h
5.1 图像退化/复原过程的模型 图像复原(Image Restoration)就是要尽可 能恢复退化图像的本来面目，它是沿图像 退化的逆过程进行处理。 对退化的图像进行处理，试图恢复损坏的 图像，还原真面目
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 图像复原（Image Restoration）就是要尽可 能恢复退化图像的本来面目，它是沿图像 退化的逆过程进行处理。 • 对退化的图像进行处理，试图恢复损坏的 图像，还原真面目
5.1 图像退化/复原过程的模型 图像复原是试图利用退化过程的先验知识使已退 化的图像恢复本来面目，即根据退化的原因，分 析引起退化的环境因素，建立相应的数学模型 并沿着使图像降质的逆过程恢复图像。 目的在于消除或减轻在图像获取以及传输过程中 造成的图像品质下降，恢复图像的本来面目。 因此，复原技术就是把退化模型化，并采用相反 的过程进行处理，以便复原出原图像
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 图像复原是试图利用退化过程的先验知识使已退 化的图像恢复本来面目，即根据退化的原因，分 析引起退化的环境因素，建立相应的数学模型， 并沿着使图像降质的逆过程恢复图像。 • 目的在于消除或减轻在图像获取以及传输过程中 造成的图像品质下降，恢复图像的本来面目。 • 因此，复原技术就是把退化模型化，并采用相反 的过程进行处理，以便复原出原图像
5.1 图像退化/复原过程的模型 广义上讲，图像复原是一个求逆问题 ,逆问题经 常存在非唯一解，甚至无解，要想无失真地恢复 原图像十分困难。 为了得到逆问题的有用解，图像复原本身往往需 要一个质量标准，即衡量接近原图像的程度，或 者说，对原图像的估计是否达到最佳的程度。需 要有先验知识以及对解的附加约束条件
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 广义上讲，图像复原是一个求逆问题，逆问题经 常存在非唯一解，甚至无解，要想无失真地恢复 原图像十分困难。 • 为了得到逆问题的有用解，图像复原本身往往需 要一个质量标准，即衡量接近原图像的程度，或 者说，对原图像的估计是否达到最佳的程度。需 要有先验知识以及对解的附加约束条件
5.1 图像退化/复原过程的模型 由于引起退化的因素众多而且性质不同，为了描 述图像退化过程所建立的数学模型往往多种多样 而恢复的质量标准也往往存在差异性，因此图像 复原是一个复杂的数学过程，图像复原的方法技 术各不相同。 图像复原技术目前仍在不断地发展，处于图像处 理领域的前沿
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 由于引起退化的因素众多而且性质不同，为了描 述图像退化过程所建立的数学模型往往多种多样， 而恢复的质量标准也往往存在差异性，因此图像 复原是一个复杂的数学过程，图像复原的方法技 术各不相同。 • 图像复原技术目前仍在不断地发展，处于图像处 理领域的前沿
5.1图像退化/复原过程的模型 图像退化与复原实例一一Wiener Filter Origina imag Blurred image mage restored by Wiener filter
5.1 图像退化/复原过程的模型 • 图像退化与复原实例——Wiener Filter