第六章:图像复原和重建

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第六章:图像复原和重建

2024-07-11 12:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

知识点总结 图像复原和重建的基本概念

图像复原是指对由于噪声、失真、运动模糊等因素导致的图像质量降低进行恢复的过程。而图像重建是指根据已有的图像信息,恢复出原始图像的过程。

图像退化模型

图像退化模型是用来描述图像失真或损失的数学模型,通常包括退化函数和噪声模型两部分。

 

盲复原和非盲复原

盲复原是指在未知图像退化模型的情况下,对失真图像进行恢复的过程。盲复原需要通过图像自身的统计特性和先验知识来估计退化函数和噪声模型,从而实现图像的复原。

非盲复原是指已知图像退化模型的情况下,对失真图像进行恢复的过程。非盲复原可以通过逆滤波、最小二乘逆滤波、维纳滤波和割圆算法等方法来实现图像的复原。

图像复原的常用方法

逆滤波:是一种基于退化函数的估计来恢复原始图像的方法。逆滤波的基本思想是将失真图像的频域特性除以退化函数的频域特性,从而得到原始图像的频域特性。

维纳滤波:是一种基于信噪比最大化的频域滤波方法。其基本思想是通过对信噪比的估计来确定滤波器的形状和大小,以实现最小化噪声和最大化图像信号的目标。

最小二乘逆滤波:是一种在频域中利用最小二乘法对图像进行复原的方法。最小二乘逆滤波可以有效地抑制噪声和估计退化函数,从而实现图像的复原。

割圆算法:是一种基于频域割圆理论的图像复原方法。割

圆算法的基本思想是将频域中的图像能量根据其大小分为多个圆形区域,然后根据不同区域的能量大小来确定滤波器的形状和大小,从而实现图像的复原。

盲复原算法:包括自适应降噪算法、盲去卷积算法、盲去模糊算法等,其基本思路是通过对失真图像的统计分析和先验知识的利用来估计退化函数和噪声模型,从而实现图像的复原。 图像复原的评价指标

图像复原的评价指标主要包括图像质量评估、峰值信噪比(PSNR)、均方误差(MSE)等。其中,PSNR 和 MSE 是评价图像复原质量最常用的两个指标。PSNR 是峰值信噪比,用于衡量图像复原后与原始图像之间的差异,其公式为:

 

 

考试重点与考题预测

在考试中,常常会涉及到图像复原和重建的知识点,下面是一些考试重点和考题预测:

预测考题的答案如下:

考题1:什么是图像复原和重建?图像复原和重建的基本思路是什么?

答:图像复原是指对由于噪声、失真、运动模糊等因素导致的图像质量降低进行恢复的过程;图像重建是指根据已有的图像信息,恢复出原始图像的过程。图像复原和重建的基本思路是利用图像退化模型对失真图像进行建模,然后通过逆滤波、维纳滤波、割圆算法等方法进行图像的恢复。

考题2:什么是图像退化模型?图像退化模型包括哪些部分?

答:图像退化模型是用来描述图像失真或损失的数学模型,通常包括退化函数和噪声模型两部分。退化函数描述图像在传输或存储过程中受到的失真或损失,通常采用点扩散函数(PSF)或传递函数(TF)来描述;噪声模型描述图像中受到的噪声或干扰,常见的噪声模型包括加性噪声、乘性噪声和脉冲噪声等。

考题3:什么是逆滤波?逆滤波的基本原理是什么?

图像退化模型:可以出现图像退化模型的定义、退化函数和噪声模型的表示方法等问题。

逆滤波和维纳滤波:可以出现逆滤波和维纳滤波的定义、算法原理、优缺点、适用范围等问题,以及给定失真图像和图像退化模型,要求设计相应的逆滤波或维纳滤波器等问题。

均值滤波和中值滤波:可以出现对比均值滤波和中值滤波的优缺点、适用范围等问题,以及给定失真图像,要求使用均值滤波或中值滤波进行复原的问题。

盲复原算法:可以出现自

适应降噪算法、盲去卷积算法和盲去模糊算法的定义、算法原理、优缺点、适用范围等问题。

图像复原的评价指标:可以出现评价指标 PSNR 和 MSE 的定义、计算方法、含义、优缺点等问题,以及要求根据给定的失真图像和复原图像计算相应的 PSNR 或 MSE 等问题。

割圆算法:可以出现割圆算法的基本思路、算法流程、适用范围、优缺点等问题。

图像复原的应用:可以出现图像复原在医学影像、航空遥感、数字摄影等领域的应用案例等问题。

答:逆滤波是一种基于退化函数的估计来恢复原始图像的方法。逆滤波的基本思想是将失真图像的频域特性除以退化函数的频域特性,从而得到原始图像的频域特性。逆滤波的基本原理是在频域中将退化函数的频域特性除以失真图像的频域特性,得到原始图像的频域特性,然后再通过逆变换将其转换为空域,从而实现图像的恢复。

考题4:什么是维纳滤波?维纳滤波的基本原理是什么?

答:维纳滤波是一种基于信噪比最大化的频域滤波方法。其基本思想是通过对信噪比的估计来确定滤波器的形状和大小,以实现最小化噪声和最大化图像信号的目标。维纳滤波的基本原理是在频域中对信噪比进行估计,然后通过对估计结果进行最大化,确定维纳滤波器的形状和大小,以最小化噪声和最大化图像信号,从而实现图像的恢复。

考题5:什么是割圆算法?割圆算法的基本思路是什么?

答:割圆算法是一种基于频域割圆理论的图像复原方法。割圆算法的基本思想是将频域中的图像能量根据其大小分为多个圆形区域,然后根据不同区域的能量大小来确定滤波器的形状和大小,从而实现图像的复原。具体来说,割圆算法的实现包括以下步骤:计算失真图像的功率谱密度函数;根据功率谱密度函数将频域分为多个圆形区域;根据圆形区域内的功率谱密度函数确定滤波器的形状和大小;在频域中应用滤波器,然后通过逆变换将其转换为空域,从而实现图像的恢复。

扩展阅读

Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods. Digital Image Processing, 4th Edition. Pearson, 2018.

Brian E. Welch and Richard G. Baraniuk. Discrete Cosine Transform: Algorithms, Advantages, Applications. SPIE Press, 1995.

Ahmed N. and Kuo C. Image Compression Techniques. Proceedings of the IEEE, vol. 68, no. 5, pp. 645-654, May 1980.

Gunturk B.K., Altunbasak Y. and Mersereau R.M. Color Image Compression Using Wavelets and a Vector Quantization in the RGB Color Space. IEEE Transactions on Image Processing, vol. 9, no. 3, pp. 499-502, March 2000.

Elad M. and Aharon M. Image Denoising Via Sparse and Redundant Representations Over Learned Dictionaries. IEEE Transactions on Image Processing, vol. 15, no. 12, pp. 3736-3745, December 2006.



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