基于相对梯度的图像复原算法【字数：13064】
图像复原是数字图像处理中一个非常热门的研究领域，无论是生产生活还是科学工作都有着非常重要的地位。随着科学技术不断地发展，很多优秀的算法被提出，可是现存的算法依然有很多的缺点和不足，主要有两点原因图像边缘细节提取不够准确和估测的模糊核与真实模糊核有很大差距。针对于这两个方面的问题本文提出一种局部块相对梯度的图像复原算法，来复原模糊图像并进行复原后的评价。首先，进行模糊图像预处理，将原始模糊图像进行分辨率降低处理，配合图像下采样建立出图像的金字塔，利用双边滤波器和冲击滤波器进行降噪和边缘增强后，利用相对梯度的方法将模糊图像进行边缘提取。然后，基于边缘检测模糊核估计模型进行模糊核估计，考虑到模糊核并不精确，引入基于自然图像的梯度分布约束先验知识，结合疏导滤波的思想，在取得模糊核后对复原的图像进行相关约束，将精确的模糊核进行反卷积就能得到清晰图像，最后，利用双三次内插值的方法将复原的图像进行放大，恢复到原模糊图像的尺寸。通过与其它复原算法的客观评价对比实验，用客观数据说明本算法对图像盲复原效果有一定提高作用。
目录
1．绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 模糊图像复原技术国内外研究现状 1
1.3 课题主要研究内容和章节安排 2
2．数字图像复原技术 3
2.1 图像退化原因 3
2.1.1 图像退化模型 3
2.1.2 图像噪声模型 3
2.1.3 图像模糊类型 4
2.2 图像复原算法 6
2.2.1 图像非盲复原算法 6
2.2.2 图像盲复原算法 7
2.3 小结 8
3．相对梯度图像复原法 9
3.1 模糊图像边缘预处理 9
3.1.1 双线性插值的降采样 9
3.1.2 双边滤波器的抑噪处理 10
3.1.3 冲击滤波器的边缘增强 10
3.2 基于相对梯度法的图像边缘提取 11
3.3 基于边缘检测的模糊核估计模型 14
3.4 结合疏导滤波和梯度先验分布的去模糊修正算法 17
3.5 双三次插值的升采样 18
3.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
课题算法 18
3.7 小结 19
4．实验与分析 20
4.1 模糊图像的边缘提取 20
4.2 模糊图像的模糊核估计 21
4.3 模糊图像的盲复原 22
4.4 复原图像的质量评价 23
4.4.1 主观评价 23
4.4.2 客观评价 23
4.5 小结 25
5．总结与展望 26
参考文献 27
致谢 28
1．绪论
1.1 课题研究背景和意义
图像处理领域中图像复原是一个非常热门的研究领域，所谓图像复原技术就是对模糊图像进行恢复，该技术无论是在日常生活还是在研究图像科学等的各个领域都被广泛的应用。相机拍摄是获取图像的主要途径之一，在拍摄的过程中，成像衍射光学误差、系统非线性畸形、光学介质相差、成像介质的非线性、相机与被拍摄物体之间的相对运动或是在该环境中遭到噪声的影响，都是造成拍摄的图像与人眼观察到的图像有很大偏差的原因。在严重状况下，模糊图像甚至会掩盖掉真实图像的信息，在实际生活中这些图像质量下降很多也很难避免，因此图像复原技术也就应运产生了。
1.2 模糊图像复原技术国内外研究现状
图像复原涉及到三个方面的内容：图像退化模型、图像复原算法、复原图像评价标准。图像复原的措施并不是唯一的，不同状况应考略不同的措施，由于不相同的图像成像模型、空间问题、优化规范等，都会导致运用不同的复原算法。纵观国内外对模糊图像复原进行了大量的研究，同时也涌现出一大批优秀的算法，但是目前存在的复原算法概括下来分为以下几类：去卷积复原算法、线性代数复原算法、图像盲反卷积算法等。还有很多复原措施，归根结底都是这三种措施的衍生。
反卷积方法包括维纳滤波去卷积、功率谱平衡与几何均值滤波等，这些方法都是非常经典的图像复原方法。但是需要相关原始图像、降质算子较多的先验信息和噪声平衡性的假设，只适合于不变系统及噪声与信号不相关的情形。
基于已知降质算子和噪声的统计特性研究的线性代数复原法，是从线性代数角度进行图像复原的，它的优点主要是为复原滤波器的数值提供了一个统一的设计思想和较深刻的释义。然而，假设退化函数的特征值靠近零，则复原的结构不考虑纹理、边界、噪声等高频信号的差异，而对整个图像进行处理，进行大量的计算，会破坏图像复原中重要的纹理、边界等特征。
图像盲反卷积是图像复原的另一重要措施。通过退化的图像直接估测退化函数和实信号，力求复原出缺少退化函数和实信号相关的先验知识。可是这种措施也存在不足之处，那就是原图像和模糊核函数这些先验知识只是部分，这样情形下复原的解并不是唯一而是多种的，图像复原的解与附加的假设或者初始条件有着很直接的关系。若再加入加性噪声时图像盲复原就变成了严重的病态问题。
1.3 课题主要研究内容和章节安排
本文研究一种基于相对梯度法的图像复原措施，根据纹理部分的正负梯度反复变化较多，边缘部分只具有单次的梯度变化的特点，应用局部块相对梯度进行图像边缘提取来实现图像的去模糊。首先对模糊图像进行双线性下采样并建立图像金字塔，采用多尺度措施进行模糊核细化，提高精度。模糊核估测完成后，进行去卷积运算使图像复原出来，利用双三次插值升采样的方法将复原图放大到原始尺寸。最后对复原的图像进行主、客观评价。实验表明本文的措施能有效处理模糊图像盲复原问题。本文的章节安排如下：
第一章：在这一章节中首先介绍了本文研究背景和意义，以及国内外在图像复原领域的研究发现和现状，最后陈述论文主要研究内容和整体组织框架；
第二章：主要简略地介绍了图像复原的一些基本的理论知识，并针对模糊核是否已知，介绍了一些经典的非盲复原和盲复原方法。最后引出本文所要采用的盲复原方法；
第三章：对相对梯度图像复原法有一个较为直观的认识，并且阐明本文采取这种措施进行图像复原时须要进行的三大步骤和每个步骤会运用到的理论和细节；
目录
1．绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 模糊图像复原技术国内外研究现状 1
1.3 课题主要研究内容和章节安排 2
2．数字图像复原技术 3
2.1 图像退化原因 3
2.1.1 图像退化模型 3
2.1.2 图像噪声模型 3
2.1.3 图像模糊类型 4
2.2 图像复原算法 6
2.2.1 图像非盲复原算法 6
2.2.2 图像盲复原算法 7
2.3 小结 8
3．相对梯度图像复原法 9
3.1 模糊图像边缘预处理 9
3.1.1 双线性插值的降采样 9
3.1.2 双边滤波器的抑噪处理 10
3.1.3 冲击滤波器的边缘增强 10
3.2 基于相对梯度法的图像边缘提取 11
3.3 基于边缘检测的模糊核估计模型 14
3.4 结合疏导滤波和梯度先验分布的去模糊修正算法 17
3.5 双三次插值的升采样 18
3.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
课题算法 18
3.7 小结 19
4．实验与分析 20
4.1 模糊图像的边缘提取 20
4.2 模糊图像的模糊核估计 21
4.3 模糊图像的盲复原 22
4.4 复原图像的质量评价 23
4.4.1 主观评价 23
4.4.2 客观评价 23
4.5 小结 25
5．总结与展望 26
参考文献 27
致谢 28
1．绪论
1.1 课题研究背景和意义
图像处理领域中图像复原是一个非常热门的研究领域，所谓图像复原技术就是对模糊图像进行恢复，该技术无论是在日常生活还是在研究图像科学等的各个领域都被广泛的应用。相机拍摄是获取图像的主要途径之一，在拍摄的过程中，成像衍射光学误差、系统非线性畸形、光学介质相差、成像介质的非线性、相机与被拍摄物体之间的相对运动或是在该环境中遭到噪声的影响，都是造成拍摄的图像与人眼观察到的图像有很大偏差的原因。在严重状况下，模糊图像甚至会掩盖掉真实图像的信息，在实际生活中这些图像质量下降很多也很难避免，因此图像复原技术也就应运产生了。
1.2 模糊图像复原技术国内外研究现状
图像复原涉及到三个方面的内容：图像退化模型、图像复原算法、复原图像评价标准。图像复原的措施并不是唯一的，不同状况应考略不同的措施，由于不相同的图像成像模型、空间问题、优化规范等，都会导致运用不同的复原算法。纵观国内外对模糊图像复原进行了大量的研究，同时也涌现出一大批优秀的算法，但是目前存在的复原算法概括下来分为以下几类：去卷积复原算法、线性代数复原算法、图像盲反卷积算法等。还有很多复原措施，归根结底都是这三种措施的衍生。
反卷积方法包括维纳滤波去卷积、功率谱平衡与几何均值滤波等，这些方法都是非常经典的图像复原方法。但是需要相关原始图像、降质算子较多的先验信息和噪声平衡性的假设，只适合于不变系统及噪声与信号不相关的情形。
基于已知降质算子和噪声的统计特性研究的线性代数复原法，是从线性代数角度进行图像复原的，它的优点主要是为复原滤波器的数值提供了一个统一的设计思想和较深刻的释义。然而，假设退化函数的特征值靠近零，则复原的结构不考虑纹理、边界、噪声等高频信号的差异，而对整个图像进行处理，进行大量的计算，会破坏图像复原中重要的纹理、边界等特征。
图像盲反卷积是图像复原的另一重要措施。通过退化的图像直接估测退化函数和实信号，力求复原出缺少退化函数和实信号相关的先验知识。可是这种措施也存在不足之处，那就是原图像和模糊核函数这些先验知识只是部分，这样情形下复原的解并不是唯一而是多种的，图像复原的解与附加的假设或者初始条件有着很直接的关系。若再加入加性噪声时图像盲复原就变成了严重的病态问题。
1.3 课题主要研究内容和章节安排
本文研究一种基于相对梯度法的图像复原措施，根据纹理部分的正负梯度反复变化较多，边缘部分只具有单次的梯度变化的特点，应用局部块相对梯度进行图像边缘提取来实现图像的去模糊。首先对模糊图像进行双线性下采样并建立图像金字塔，采用多尺度措施进行模糊核细化，提高精度。模糊核估测完成后，进行去卷积运算使图像复原出来，利用双三次插值升采样的方法将复原图放大到原始尺寸。最后对复原的图像进行主、客观评价。实验表明本文的措施能有效处理模糊图像盲复原问题。本文的章节安排如下：
第一章：在这一章节中首先介绍了本文研究背景和意义，以及国内外在图像复原领域的研究发现和现状，最后陈述论文主要研究内容和整体组织框架；
第二章：主要简略地介绍了图像复原的一些基本的理论知识，并针对模糊核是否已知，介绍了一些经典的非盲复原和盲复原方法。最后引出本文所要采用的盲复原方法；
第三章：对相对梯度图像复原法有一个较为直观的认识，并且阐明本文采取这种措施进行图像复原时须要进行的三大步骤和每个步骤会运用到的理论和细节；
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