圖像盲恢復算法現(xiàn)狀管理

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編者按：本論文主要從圖像盲恢復算法的現(xiàn)狀；圖像盲恢復的應用前景等進行講述，包括了單通道空間不變圖像盲復原算法、多通道二維圖像盲復原、空間改變的圖像盲復原方法、現(xiàn)有算法的改進以及新的算法研究、基于非線性退化模型的圖像盲復原算法、去噪處理算法研究、實時處理算法、應用研究等，具體資料請見：

論文關鍵詞:圖像盲恢復現(xiàn)狀前景

論文摘要:當點擴展函數(shù)未知或不確知的情況下,從觀察到的退化圖像中恢復原始圖像的過程稱為圖像盲復原。近年來,圖像盲復原算法得到了廣泛的研究。本文在介紹了盲圖像恢復算法的現(xiàn)狀的基礎上進一步研究其的發(fā)展方向。

一、引言

圖像恢復是圖像處理中的一大領域,有著廣泛的應用,正成為當前研究的熱點。圖像恢復的主要目的是使退化圖像經(jīng)過一定的加工處理,去掉退化因素,以最大的保真度恢復成原來的圖像。傳統(tǒng)的圖像恢復假設圖像的降質模型是己知的。而許多情況下,圖像的降質模型未知或具有較少的先驗知識,必須進行所謂的盲恢復。其重要性和艱巨性而成為一個研究熱點。目前所能獲取的觀測圖像是真實圖像經(jīng)過觀測系統(tǒng)成像的結果。由于觀測系統(tǒng)本身物理特性的限制,同時受觀測環(huán)境的影響,觀測圖像和真實圖像之間不可避免地存在著偏差和失真,稱觀測系統(tǒng)對真實圖像產生了降質。圖像恢復的目的就是根據(jù)降質的觀測圖像分析和計算得出真實圖像。

二、圖像盲恢復算法的現(xiàn)狀

總體來說,圖像盲復原方法主要分為以下兩類:一是首先利用真實圖像的特別特征估計PSF,然后借助估計得到的PSF,采用經(jīng)典的圖像復原方法進行圖像的復原。這類方法將PSF的估計與圖像的復原過程分為2個不同的過程,因而具有較少計算量的特點；二是PSF辨識和真實圖像估計相結合,同時辨識PSF和真實圖像。這類算法較為復雜,計算量較大。另外,對于點擴展函數(shù)也考慮了空間變化的復雜情況。針對目前的盲復原算法的現(xiàn)狀,根據(jù)退化模型的特點,重新將算法分為空間不變的單通道盲復原算法、空間不變多通道盲復原算法和空間變化圖像盲復原算法3類。

（一）單通道空間不變圖像盲復原算法

在這類算法中,最為常用的是參數(shù)法和迭代法。

1）參數(shù)法。所謂參數(shù)法,即模型參數(shù)法,就是將PSF和真實圖像用某一類模型加以描述,但模型的參數(shù)需要進行辨識。在參數(shù)法中,典型的有先驗模糊辨識法和ARMA參數(shù)估計法,前者先辨識PSF的模型參數(shù),后辨識真實圖像,屬于第1種類型的圖像盲復原算法,因而計算量較小；后者同時辨識PSF和真實圖像模型參數(shù),屬于第2種類型圖像盲復原算法。

2）迭代法。所謂的迭代法,不是通過建立模型而是通過算法的迭代過程,加上有關真實圖像和PSF的約束來同時辨識PSF和真實圖像的方法。迭代法是單通道

圖像盲復原算法中應用最廣泛的一類算法,它不需建立模型,也不要求PSF為最小相位系統(tǒng),因而跟實際更為接近。在這類算法中,迭代盲復原算法(IBD),基于非負性和決策域的遞歸逆濾波器算法(NAR2RIF),基于高階統(tǒng)計特性的最小

熵算法等最為典型。

（二）多通道二維圖像盲復原

多通道二維圖像盲復原,這類方法將數(shù)字通訊領域應用的一維多通道盲原分離算法擴展到二維情況并用于圖像的盲恢復。這類算法中有兩種代數(shù)方法,一種是先辨識模糊函數(shù),再采用常規(guī)的恢復算法進行復原；另一種是直接對逆濾波器進行估計。此類算法的優(yōu)點在于不需對初始圖像進行估計,也不存在穩(wěn)定性和收斂性問題,對圖像以及模糊函數(shù)的約束是松弛的,算法具有一般性。但是第1種算法要求采用復原算法具有收斂性；第2種算法對噪聲敏感。

（三）空間改變的圖像盲復原方法

在許多實際的應用中,模糊往往是空間變化的,但由于處理工作的難度,目前的研究較少,基本有相關轉換恢復和直接法兩類。

相關轉換恢復的基本思想是區(qū)域分割,即將整幅圖像分為若干局部區(qū)域,然后假設在各個局部區(qū)域模糊是空間不變的,利用空間不變的圖像復原有關算法進行復原。這類方法都是基于窗口的模糊辨識技術,圖像的估計取決于窗口的大小,由于模糊參數(shù)是連續(xù)變化的,在范圍較大時空間不變的假設是不成立的,因而模糊的估計精度較差,而且這種方法只能針對部分空間變化的模糊進行處理,缺乏通用性;其次在區(qū)域的邊上存在振鈴現(xiàn)象。

直接法的基本思想是直接對圖像進行處理。如采用簡化的二維遞推卡爾曼濾波器進行圖像模型和模糊模型的直接轉換方法,其缺點是只能針對有限的模型,而且模型數(shù)增加,計算量會顯著增大；采用共軛梯度迭代算法,但只見到一個31×31的文本圖像處理的結果報道,對于大圖像處理效果尚需進一步的研究；將空間變化圖像系統(tǒng)建立成馬爾苛夫隨機模型,對復原過程,采用模擬退火算法進行最大后驗估計的方法,這種方法避免了圖像的窗口化,并能克服模糊參數(shù)不連續(xù)性造成的影響,但這種方法只能局限于將模糊過程建立成單參數(shù)的馬爾苛夫隨機模型的情況,而且計算量也較大。

三、圖像盲恢復的應用前景

(1)現(xiàn)有算法的改進以及新的算法研究。現(xiàn)有各種算法還存在許多不足,有必要對算法進一步改進。如IBD算法中,如何選擇初始條件才能保證算法的收斂;如何選擇算法終止條件才能保證恢復的質量;如何選擇濾波器中的噪聲參數(shù)才能減少噪聲的影響。又如NAR2RIF算法中,如何進一步解決噪聲敏感問題,支持域的確定以及如何將算法擴展到非均勻背景的情況等。提出新的算法更好地解決圖像盲復原問題,也是今后研究的熱點。

(2)基于非線性退化模型的圖像盲復原算法。在實際應用中,嚴格來講,所有的退化模型都是非線性的。對模型采用線性化的方法進行近似處理,雖然算法簡單,但對非線性嚴重的情況處理效果并不理想。基于多項式以及神經(jīng)網(wǎng)絡兩種參數(shù)模型處理非線性信號盲分離算法,算法擴展到二維圖像情況需要進一步研究。研究基于非線性退化模型的圖像盲復原算法也是下一步研究方向之一。

(3)去噪處理算法研究。加性噪聲的存在,使圖像的復原問題變成了一個病態(tài)問題,而且由于一般假設只知道噪聲的統(tǒng)計特性,因此要從退化圖像中完全去除噪聲是不可能的。另外,由于噪聲的存在,恢復的效果并不理想,結合降噪的圖像盲恢復的算法研究有很現(xiàn)實的意義,這方面也進行了部分工作。為克服噪聲的影響,一般采用先進行降噪,后進行復原；二是將降噪和復原同時進行這兩類方法。目前,大多數(shù)算法中將噪聲描述成高斯噪聲進行研究,在實際應用時有較大局限性。對于非高斯情況的研究采用基于噪聲的高階統(tǒng)計特性的去噪算法研究也是很重要的研究方向,也可采用其他類型的方法進行降噪,利用自組織映射的非線性獨立組件分析方法進行圖像降噪處理算法。

(4)實時處理算法。算法的的復雜性是制約算法應用的一個重要方面。可采用正則化的離散周期Radon變換的方法將二維的卷積轉化為一維進行處理,以提高算法的速度；也可采用神經(jīng)網(wǎng)絡的實時處理算法。算法的實時性是算法實際應用的先決條件。

(5)應用研究。算法的應用是推動算法研究的動力。雖然圖像盲復原算法在天文學、醫(yī)學、遙感等方面獲得了較大的應用,但將算法應用到一般的工業(yè)圖像實時檢測、機器視覺、網(wǎng)絡環(huán)境下的圖像傳輸恢復、刑事偵破等方面還有大量的工作要做。