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运动模糊图像的复原-课程设计
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更新于2023-05-26
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随着计算机技术的发展,计算机的运行速度和运算精度得到进一步提高,其在图像处理领域的应用日见广泛。图像复原是数字图像处理的重要组成部分,而运动模糊图像复原又是图像复原中的重要课题之一。本论文研究目的在于将传统的光学理论与正在发展的数字图像处理方法相结合,利用计算机对运动模糊图像进行复原,进一步提高运动模糊图像的复原精度,降低在拍摄过程中对光学设备精度和拍摄人员的要求。可广泛用于天文、军事、道路交通、医学图像、工业控制及侦破等领域,具有十分重要的现实意义。
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沈阳理工大学光信息处理课程设计
摘 要
随着计算机技术的发展,计算机的运行速度和运算精度得到进一步提高,其在图
像处理领域的应用日见广泛。图像复原是数字图像处理的重要组成部分,而运动模糊
图像复原又是图像复原中的重要课题之一。本论文研究目的在于将传统的光学理论与
正在发展的数字图像处理方法相结合,利用计算机对运动模糊图像进行复原,进一步
提高运动模糊图像的复原精度,降低在拍摄过程中对光学设备精度和拍摄人员的要求。
可广泛用于天文、军事、道路交通、医学图像、工业控制及侦破等领域,具有十分重
要的现实意义。
关键词:图像处理;传统光学;图像的复原
目录
I

沈阳理工大学光信息处理课程设计
2 图像退化与复原.............................................................................................................................................2
2.1 图像退化的数学模型.........................................................................................................................3
图像复原处理的关键问题在于建立退化模型。输入图像 f(x, y)经过某个退化系统后输出的是一
幅退化的图像。为了讨论方便,把噪声引起的退化即噪声对图像的影响一般作为加性噪声考虑,
这也与许多实际应用情况一致,如图像数字化时的量化噪声、 随机噪声等就可以作为加性噪
声,即使不是加性噪声而 是乘性噪声,也可以用对数方式将其转化为相加形式。.....................3
2.3 点扩散函数 PSF..................................................................................................................................6
3 运动模糊图象的复原方法及原理................................................................................................................7
3.1 逆滤波复原原理..................................................................................................................................8
3.2 维纳滤波复原原理.............................................................................................................................9
3.3 有约束最小二乘复原原理...............................................................................................................10
4 运动模糊图像复原的实现..........................................................................................................................12
4.1 运动模糊图像复原的 MATLAB 实现.............................................................................................12
4.2 复原结果比较....................................................................................................................................15
结论..................................................................................................................................................................16
参考文献..........................................................................................................................................................17
II

1
沈阳理工大学光信息处理课程设计
1 引言
1.1 课程设计目的
图像复原是在假定已知模糊或噪声的模型时,试图估计原图像的一种技术,
它是图像处理中的重要内容。它的主要目的就是改善图像质量,研究如从所得
的变质图像中复原出真实图像,或说是研究如何从获得的信息中反演出有关真
实目标的信息。图像复原的目的是将退化的以及模糊的图像的原有信息进行恢
复,以达到清晰化的目的。图像退化是指图像经过长时间的保存之后,因发生
化学反应而使画面的颜色以及对比度发生退化改变的现象,或者是因噪声污染
等导致图画退化的现象,或者是因为现场的亮暗范围太大,导致暗区或者高光
区信息退化的现象。图像模糊则常常是因为运动以及摄像时镜头的散焦等原因
所导致的。无论是图像的退化还是图像的模糊,本质上都是原始信息部分丢失,
或者原始信息与外来信息的相互混叠所造成的。因此,需根据退化模糊产生原
因的不同,采用不同的图像恢复方法达到图像清晰化目的
近年来,在数字图像处理领域,关于运动模糊图像的复原处理成为了国内外
研究的热点问题之一,也出现了一些行之有效的算法和方法。但是这些算法和
方法在不同的情况下,具有不同的复原效果。因为这些算法都是其作者在假定
的前提条件下提出的,而实际上的模糊图像,并不一定能够满足这些算法前提,
或者只满足其部分前提。作为一个实用的图像复原系统,就得提供多种复原算
法,使用户可以根据情况来选择最适当的算法以得到最好的复原效果。图像复
原关键是要知道图像退化的过程,即要知道图像退化模型,并据此采取相反的
过程以求得原始(清晰)图像。
运动造成图像的退化是非常普遍的现象,而在众多的应用领域又需要清晰高
质量的图像,所以对于退化后的图像进行复原处理非常具有现实意义。随着机
器视觉和计算机主动视觉技术的发展,越来越多的成像系统传感器必然要安装
在运动平台上,这为各种运动模糊图像的复原提供了极大的应用空间。旋转运
动模糊图像的复原是工作在旋转运动平台的成像系统必然遇到的问题,例如,
随弹体(或机体)作高速旋转运动时的弹载(或机载)成像传感器。显然,安装在导
引头上的弹载成像传感器随弹体一起作高速旋转运动时,在对目标场景进行成
像时,在短曝光时间内,由于成像传感器与目标景物之间有相当大的相对旋转
角度,因此所获取的图像模糊是很严重的,这给后继的目标识别工作带来了很
大的困难。这就需要运用运动模糊图像的复原技术对退化后的图像进行恢复,
从而得到清晰的图像,为进一步处理做好准备。
综上所述,无论在日常生活还是在国防军工领域,运动造成图像模糊现象
普遍存在,这给人们生活和航空侦察等造成很多不便,所以很有必要对运动模
糊图像的恢复做深入研究。
1.2 设计内容
本文主要是关于运动模糊图像复原算法实现及应用的讨论,主要要求有:

2
沈阳理工大学光信息处理课程设计
1、创建一个仿真运动模糊 PSF 来模糊一幅图像(图像选择合理)。
2、针对退化设计出复原滤波器,对退化图像进行复原(复原的方法自定)。
3、对退化图像进行复原,显示复原前后图像,对复原结果进行分析,并评价
复原算法。
通过课程设计提高我们分析问题、解决问题的能力,进一步巩固数字图像处
理系统中的基本原理与方法,可以进行数字图像应用处理的开发设计。本文主
要研究了直线运动模糊恢复,对相关算法的恢复效果进行了对比分析,给出了
相关结论。阐述了直线运动模糊恢复的两种算法:逆滤波法、维纳滤波法。分别
介绍了各种算法的原理。并对各种原理分别做了仿真实验,给出了实验结果,
比较了各实验效果。
2 图像退化与复原
在图像的获取、处理与传输过程中,每一个环节都有可能引起图像质量的
下降,这种导致图像质量下降现象,称为图像退化。造成图像退化或者说使图
像模糊的原因很多,如果是因为在摄像时相机和被摄景物之间有相对运动而造
成的图像模糊则称为运动模糊。所得到图像中的景物往往会模糊不清,我们称
之为运动模糊图像。运动模糊图像在日常生活中普遍存在,给人们的实际生活
带来了很多不便。数字图像在获取的过程中,由于光学系统的像差、 光学成像
衍射、 成像系统的非线性畸变、 摄影胶片的感光的非线性、 成像过程的相对
运动、 大气的湍流效应、环境随机噪声等原因, 图像会产生一定程度的退化。
因此,必须采取一定的方法尽可能地减少或消除图像质量的下降,恢复图像的
本来面目, 这就是图像复原, 也称为图像恢复。
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