第
53
卷第
1
期
2014
年
1
月
厦门大学学报(自然科学版)
Vo
l.
53
No.1
Jan. 2014
Journal
of
Xiamen
University
(Natural
Science)
doi:
1O
.6043/j.issn.0438-04
79.2014.0
1.
006
基于
II
正则化的匀速运动模糊图像复原
洪景新\陈栩
(厦门大学信息科学与技术学院,福建厦门
361005)
摘要:匀速运动模糊作为运动模糊中最基本的模式,在图像复原中一直都倍受关注,其研究成果被广泛应用于其他图
像复原以及图像处理中.将图像稀疏表示的思想引人匀速运动模糊图像复原中,提出一种基于
II
正则化的复原算法,并
利用基追踪算法有效地求解
II
正则化的线性规划问题.由于
II
在异常值下表现稳健,使得算法对较宽模糊范围下的匀
速运动模糊图像都有稳定良好的恢复效果.为了验证算法效果,对该算法与现有算法进行了大量的对比实验,实测结果
表明,该算法能准确恢复图像,且有效抑制振铃效应.
关键词:图像复原;稀疏表示;基追踪
中图分类号
:TP
39
1.
4
文献标志码
:A
由于受到成像系统本身的缺陷、成像过程中传播
介质的杂质,以及相对运动的变化等因素的影响,图
像信息的采集过程难免会对图像信息造成某些失真
和不同程度的降质,这一现象称为图像退化.利用数字
图像处理技术,对退化图像加以改善并复原原图像信
息,这个过程就称为图像复原.如今众多的应用领域对
图像质量的要求都相当高,尤其对精度和清晰度的要
求,因此图像的复原问题愈加具有意义.
复原技术是基于将退化过程模型化并采用逆过程
处理模糊图像,实现图像的复原.逆滤波算法
[IJ
是最早
用于图象复原的一种标准技术,该算法容易受到噪声的
干扰,噪声较大时,图像恢复的效果很差.随后,
Hel-
strom[ZJ
采用最小均方误差估计方法,提出了基于维纳
滤波器的滤波算法,该方法只能针对某个具体图像设计
最优滤波器,对于其他图像则不一定能达到较好效果.
Hunt
和
Andrews[3J
对逆滤波、维纳滤波进行了对比研
究,并提出了约束最小二乘滤波方法,这是一种基于线
性表达的恢复方法,对各种退化图像的恢复具有较好的
适应性.近几年,也出现了将稀疏表示[
4J
运用到图像复
原中的研究,使模糊图像的恢复效果不断改善.
本文首先阐述图像复原的一般退化模型与匀速
运动的特性,从中推导出匀速运动模糊的退化矩阵.然
收稿日期:
2013-04-23
基金项目
z
国家自然科学基金
(61102135)
铃通信作者:
hjx@xmu.edu.cn
文章编号
:0438-0479(2014)01-0026-05
后,从求解大型线性方程组的角度,分析常见的约束
最小二乘滤波算法存在的问题,说明
II
正则化在图像
复原上的优势,提出一种基于
II
正则化的复原算法,
并利用基追踪算法对正则化问题进行求解.最后对不
同模糊尺度的图像进行仿真实验,大量的实测数据和
图像表明,本文算法对较宽范围的模糊尺度都有着很
好的复原效果,同时能有效抑制振铃效应.
1
模糊图像退化模型
1. 1
一般退化模型
一般退化过程可以建模为一个退化函数和一个
加性噪声项的级联[汀,其退化模型可以表示为:
y
=Hx
+n
,
(1)
其中
,
y
,
x
εR'"
分别为模糊图像和原图像,
H
巨
::R
阴阳
是退化过程的表示矩阵,
nER'"
为退化过程中的加性
噪声.不考虑加性噪声时,退化模型可简化为:
y=Hx.
(2)
此时,模糊图像
y
εRm
可看作是原图像
x
εR'"
在
H
下的线性投影,而图像去模糊的过程就是在退化
函数
HεR'"X
,"己知或可测量的前提下,从模糊图像
y
εRm
中求解未知的原图像
x
εR'".
因此,去模糊的过
程等价于求解线性逆问题,也可理解为从模糊图像重
构出原图像的过程.
1. 2
匀速运动模糊图像退化模型
运动模糊,是图像退化的一个主要形式,是由于
在图像信息采集时,目标物体与成像装置的相对位移