基于多尺度幾何分析與偏微分方程的圖像去噪研究與應(yīng)用.pdf

1、圖像采集系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，越來越受到重視。但由于系統(tǒng)和環(huán)境等因素的影響，使得采集到的圖像存在大量的噪聲，影響圖像視覺效果，直接影響后續(xù)工作的展開，因此，圖像去噪顯得尤為重要。圖像去噪作為圖像處理的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是盡可能地去除無用信息，改善圖像質(zhì)量。近年來，隨著小波技術(shù)和多尺度幾何分析理論的發(fā)展，圖像去噪成為圖像處理、模式識(shí)別與計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)十分活躍的研究課題。以往的算法針對(duì)性強(qiáng)，但缺乏普遍適用性，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用難以展

2、開。
　　 本文研究了多尺度幾何分析與偏微分方程兩大領(lǐng)域的理論，提出了改進(jìn)的圖像去噪方法；同時(shí)結(jié)合灰色系統(tǒng)相關(guān)理論，將灰色關(guān)聯(lián)理論運(yùn)用于系數(shù)篩選，提出了多尺度域的灰色關(guān)聯(lián)的圖像去噪模型。針對(duì)目前圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的缺點(diǎn)，提出了一種無參考的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更符合人類視覺特性。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)詳細(xì)分析了偏微分方程中一種常見的模型-全變分模型。針對(duì)現(xiàn)有全變分模型中迭代準(zhǔn)則的缺點(diǎn)，提出了一種基于

3、能量平衡的改進(jìn)的全變分模型。分析了兩種相關(guān)停止準(zhǔn)則及各自的適用場(chǎng)合。改進(jìn)后的模型不僅計(jì)算復(fù)雜度低，而且去噪效果較好。
　　 (2)針對(duì)目前圖像去噪算法中噪聲方差估計(jì)的現(xiàn)狀，提出了一種自適應(yīng)的噪聲估計(jì)算法。算法結(jié)合小波系數(shù)分布特點(diǎn)，將廣義高斯模型(GGD)中的擬合參數(shù)作為測(cè)量依據(jù)。該噪聲估計(jì)方法具有較好的自適應(yīng)能力和較高的精度。
　　 (3)在分析了偏微分方程和多尺度幾何分析算法的基礎(chǔ)上，探索性研究了一種基于小波域的全變分

4、和灰色關(guān)聯(lián)圖像去噪算法。算法依據(jù)小波系數(shù)區(qū)域特征，分別對(duì)各自系數(shù)進(jìn)行處理，在圖像低頻區(qū)域，噪聲信息不多，選擇改進(jìn)的全變分模型，不僅能降低噪聲，同時(shí)也可以有效地保持圖像的邊緣信息；在圖像的高頻區(qū)域，將灰色關(guān)聯(lián)理論運(yùn)用到系數(shù)篩選中，能夠準(zhǔn)確地對(duì)系數(shù)進(jìn)行分類。與目前相關(guān)的算法相比，本文采用的去噪算法優(yōu)于同類算法。
　　 (4)為了解決小波變換在方向性和平移不變性上的缺陷，選擇了非下采樣Contourlet變換作為算法的推廣。在分析了小

5、波域的全變分和灰色關(guān)聯(lián)圖像去噪算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合了非下采樣Contourlet變換閾值算法，提出了四種系數(shù)篩選模型，并通過實(shí)驗(yàn)選取了最優(yōu)的模型。對(duì)比目前較好的非局部均值濾波(NL-means)算法，非下采樣的Contourlet域的全變分和灰色關(guān)聯(lián)圖像去噪算法，不僅去噪效果更好，同時(shí)計(jì)算復(fù)雜度也降低。
　　 (5)由于在多數(shù)場(chǎng)合下都無法或者很難獲得參考圖像的信息，使得全參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的應(yīng)用受到限制，針對(duì)目前圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀，

6、提出了一種無參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)算法。算法分析了小波系數(shù)分布特征并用廣義高斯分布對(duì)系數(shù)進(jìn)行擬合，對(duì)不同尺度和方向下的廣義高斯分布的擬合參數(shù)進(jìn)行分析和選擇，并用于圖像失真程度的測(cè)量，進(jìn)而獲得一種無參考的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)算法。對(duì)比目前現(xiàn)有的無參考圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)算法，本文提出的算法適用范圍更廣且能可靠地評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量。
　　 (6)針對(duì)圖像去噪中的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)了圖像處理軟件，應(yīng)用于實(shí)際圖像采集系統(tǒng)中并獲得了很好的驗(yàn)證，為后續(xù)工作提供了可靠的保障