图象处理与分析三，图象预处理图像复原，重建武汉大学遥感信息学院2005-10-184.4图像恢复－运用图像固有的知识抑制退化为目的的预处理方法叫做图像恢复，大多数的图像恢复方法基于对整个图像应用全局卷积。图像恢复的目的是从它被退化的版本重建原始的图像。可能造成图像退化的因素有许多:光学透镜的缺陷，电子光学传感器的非直线性，摄影材料的颗粒，在照相机和物体之间的相对运动错误聚焦遥感或天文学中的大气的扰动，相片的扫描，等等。图像恢复技术能被分为二个组:确定性的和随机性的。明确地知道退化函数时恢复的结果也愈是好。存在有三种典型的退化可以采用一个简单的函数表示:物体关于照相机的相对匀速运动，不正确的透镜聚焦，和大气扰动。大多数的实际情形中存在退化的知识不足而且它必须被估计和模拟。如果退化类型或参数需要当估计这一步骤是最至关紧要的承当着图像恢复成功或失效。它也是图像恢复最困难的部份。先验的知识要么是预先已知的或是能在恢复之前被获得。后验的知识是通过分析被退化的图像获得。图像恢复在Pratt78，RosenfeldandKak82，BatesandMcDonnell86，Pratt91，GonzalezandWoods92，Castleman96被更详细地考虑，而在这里所考虑只是恢复的基本原理和三个典型的退化。gijsfabhabijdadbIJgijfhijυijabO其中s是一些非线性函数，而υ描述噪音。通过忽略非直线性和通过假设函数h在图像中是关于位置的不变量来简化。则退化能被表示成卷积:退化模型1图a是1种非线性退化的情况，摄影胶片的冲洗过程可用这种模型表示，摄影胶片的光敏特性是根据胶片上留下的银密度为曝光量的对数函数来表示的，光敏特性除中段基本线性外，两端都是曲线。2图b表示的是1种模糊造成的退化。对许多实用的光学成象系统来说，由于孔径衍射产生的退化可用这种模型表示。3图c表示的是1种目标运动造成的模糊退化。4图d表示的是随机噪声的迭加，这也可看作1种具有随机性的退化。在给定模型的条件下，图象恢复技术可分为无约束和有约束的两大类。根据是否需要外来于预，图象恢复技术又可分为自动和交互的两大类。另外根据处理所在域，图象恢复技术还可分为频域和空域两大类。许多图象恢复技术借助频域处理的概念，但越来越多的空域处理技术得到应用。从广义的角度上来看图象恢复，它还可包括对在图象采集过程中产生的几何失真畸变进行校正以及根据对物体的多个投影重建图象的技术。前一种情况里将图象的几何失真看成一种退化，对其校正则看作是一种恢复过程。后一种情况里将图象的投影看作一种退化过程，而将重建图象作为一种恢复手段。4.4.1容易恢复的退化－退化能容易被解析地表达，而恢复同样是简单的三个类型。这些退化能用卷积方程表达；傅立叶表达的关系GHF。照相机和物体的相对运动－在快门打开的时间T期间照相机和被照相的物体的相对运动引起图像中物体的模糊。假如υ是在x轴的方向上恒定的速度；sinVTuHuvVu不正确的透镜聚焦－由一个薄透镜有缺点聚焦所引起的图像模糊能由下列的函数描述：J1arHuvar其中J1是一阶Bessel函数，r2u2v2，而a是位移大气的扰动－大气扰动的退化是对遥感和天文学的信号恢复所需要。它由于在大气中温度的不均匀引起所通过光线的偏离。数学模型被表达为：c225/6He其中c是一个常数，依赖于扰动的类型，通常由实验方法寻求。指数5/6有时用1代替。许多退化类型可近似表示为线性的位置不变过程。这一方法的优点在于广泛的线性系统理论工具对于解决图像复原问题很实用。非线性的与位置有关的技术虽然更加普遍通常会更加精确但是它们会带来很多困难常常没有解或者解决计算问题时非常困难。估计退化函数1图像观察估计法－观察包含简单结构的一小部分图像像某一物体和背景的一部分gsxy，构建一个不模糊的图像fsxy，假定噪声效果可忽略。2试验估计法－使用与获取退化图像的设备相似的装置理论上得到一个准确的退化估计。如利用相同的系统设置由成像一个脉冲小亮点得到退化的冲激响应。3模型估计法－由于退化模型可解决图像复原问题因此多年来一直在应用。在某些情况下模型要把引起退化的环境因素考虑在内。例如基于大气湍流的物理特性的退化模型。模型化的另一个主要方法是从基本原理开始推导一个数学模型。如均匀线性运动模糊。系统辨识:确定系统传递函数参考K.R.Casteleman书）通过测试靶进行系统辨识点源测试靶正弦波测试靶线测试靶边缘测试靶频率扫描测试靶不需要对输出进行变换来计算传递函数用互相关进行系统辨识。输入非相关白噪声图像辨识系统根据退化的图像本身来确定退化PSF:点源线边缘由退化图像频谱确定OTF4.4.2逆滤波－应用傅立叶变换我们得到GuvFuvHuvNuv应用恢复滤波器的传递函数是退化h的逆能除去退化