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北京科技大学硕士学位论文
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更新于2023-03-03
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北京科技大学硕士学位论文 论文题目:基于神经网络的空间CCD相机图像恢复
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北京科技大学
硕 士 学 位 论 文
论文题目:基于神经网络的空间 CCD 相机图象恢复
学 号: S20000375
作 者:
张红泉
专 业 名 称
: 计算机软件与理论
2002 年 3 月 9 日
北京科技大学硕士学位论文
- 1 -
摘 要
空间 CCD 像机的图像恢复是一个复杂的问题,图象数据恢复的准确与否直接影响天
文学家对于太阳物理特性的研究判断,目前各种图象恢复技术被广泛的应用于 CCD 像机
的图象处理上,一幅恒星、行星或星系的模糊照片通常通过多种反卷积它的点扩散函数
(PSF)来获得更加清晰的图象,但是难以克服图象处理过程中的奇异性和病态性,往
往要作出广义平稳过程的假设和其他先验条件。而由于神经网络图像恢复是建立在网络
能量函数收缩的基础上,从而完全避免了图象恢复的解析方法进行矩阵求逆带来的问
题,具有普遍适用性,但同时由于神经网络的建立,大大增加了空间和时间复杂度,同
时带来了图象恢复效果不确定问题。
本文研究基于神经网络方法的空间 CCD 相机图像恢复过程,进行计算量、存储空间
和恢复效果的算法改进,使时间复杂度和空间复杂度大大的降低,增强了图像恢复的实
时性,同时提高了图象恢复效果,使之能较好的进行空间 CCD 像机的图形恢复。
研究中采用改进的神经网络结构,大大的减少了神经网络的规模,同时具备良好的
容错能力,降低了计算成本。研究特殊矩阵的理论,将其应用于算法的实现上,简化了
计算,提高了运行效率。运用大图像的分块技术,使图像恢复的时空复杂度明显降低。
本文利用模拟退火算法增强了图象的恢复效果,提高了信噪比,改善了图像的恢复
效果;为了取得理想的恢复效果,在相应的算法改进过程中,通过大量详细的图片试
验,得到了有关参数对图象恢复效果影响的实际数据,使图像恢复技术具有很强的实用
性。研究基于神经网络方法的空间 CCD 相机图像技术,还可应用于航空、民用、军事等
各个方面。
关键词:神经网络,图象恢复,时间复杂度, 空间复杂度
北京科技大学硕士学位论文
- 2 -
Image Restoration Of Solar Space CCD
Using Neural Network
Abstract
Image restoration techniques are normally used to increase the definition of a CCD image.
Optical aberrations, seeing, and tracking efficiency affect the images obtained with a CCD
detector reducing its sharpness. The blurred image of a star, planet or galaxy can be significantly
improved by deconvolving its Point Spread Function (PSF) in such a way that the end result is a
sharper and more detailed image. There are however several drawbacks associated with the
application of these algorithms. these algorithms all need simplifying assumptions such as
wide sense stationarity (WSS).An artificial neural network system that does not make WSS
assumptions is presented in some paper resently.
Processes of image restoration using a neural network is researched in this paper , and a
new practical algorithm is presented by improving image restoration algorithm described in
these paper .The new algorithm reduce the space and time complexities of image restoration
significantly and improve the quality of restored image .The new algorithm make image
restoration of solar space telescope better on a conventional computer.
Key Words:Neural Network , Image Restoration, Space and Time Complexities
北京科技大学硕士学位论文
- 1 -
目 录
摘 要.................................................................................................................................. 1
Abstract..................................................................................................................................... 2
引 言.................................................................................................................................. 1
1 图像恢复技术在太阳空间望远镜系统中的应用............................................................ 2
1.1 课题简介 ................................................................................................................... 2
1.1.1 简介................................................................................................................. 2
1.1.2 太阳空间望远镜 ............................................................................................ 2
1.1.3 空间望远镜的任务........................................................................................ 3
1.1.4 图象数据采集系统简介................................................................................ 3
1.2 图像恢复技术在太阳空间空望远镜中的应用..................................................... 4
2 图象噪声与空间 CCD 像机图象退化的原因 ................................................................. 5
2.1 图象的噪声 ............................................................................................................... 5
2.1.1 图象的噪声类型 ............................................................................................ 5
2.1.2 图象的噪声特征 ............................................................................................ 5
2.1.3 噪声的模型..................................................................................................... 5
2.2 空间 CCD 像机图象退化原因.................................................................................. 6
2.2.1 综述................................................................................................................. 6
2.2.2 系统原因......................................................................................................... 6
2.2.3 太空环境的影响 ............................................................................................ 6
2.2.4 其他原因的影响 ............................................................................................ 7
2.2.5 图象退化的研究任务.................................................................................... 7
3 数字图像与图像恢复技术................................................................................................. 8
北京科技大学硕士学位论文
- 2 -
3.1 线性系统理论........................................................................................................... 8
3.1.1 术语定义......................................................................................................... 8
3.1.2 卷积................................................................................................................. 9
3.2 数字图像 ................................................................................................................. 11
3.2.1 数字图像与图像的数字化.......................................................................... 11
3.2.2 图象的表示、存储、和文件格式............................................................. 11
3.3 图像恢复技术简介................................................................................................. 12
3.4 图像退化模型......................................................................................................... 12
3.5 几种常见的解析图象恢复技术简介.................................................................... 14
3.5.1 反滤波法....................................................................................................... 14
3.5.2 维纳滤波法................................................................................................... 15
3.6 解析方法存在的问题............................................................................................. 15
4 神经网络技术简介............................................................................................................ 16
4.1 神经元模型的提出................................................................................................. 16
4.2 人工神经网络的工作原理 .................................................................................... 16
4.3 人工神经网络的特点............................................................................................. 17
4.4 几种典型神经网络简介......................................................................................... 18
4.4.1 多层感知网络 .............................................................................................. 18
4.4.2 竞争型神经网络 .......................................................................................... 19
4.4.3 Hopfield 神经网络........................................................................................ 20
4.5 结束语...................................................................................................................... 21
5 利用神经网络进行图像恢复的实现 .............................................................................. 23
5.1 图象恢复的 Hopfield 网络建立.......................................................................... 23
5.1.1 前提假设....................................................................................................... 23
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