數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪課件

1、第6章 圖像去噪6.1 圖像噪聲6.2 空間域去噪法6.3 頻域低通濾波法第6章 圖像去噪6.1 圖像噪聲6.2 空間域去噪法6.1. 圖像噪聲的產(chǎn)生 在圖像形成過程中，圖像數(shù)字化設(shè)備、電氣系統(tǒng)和外界影響將使得圖像噪聲的產(chǎn)生不可避免 。圖像噪聲按其產(chǎn)生的原因可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲。一般情況下，數(shù)字圖像中常見的外部干擾主要包括如下幾種： 設(shè)備元器件及材料本身引起的噪聲。如磁帶、磁盤表面缺陷所產(chǎn)生的噪聲;系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備電路所引起的噪聲，包括電源系統(tǒng)引入的交流噪聲，偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和箝位電路引起的噪聲等;電器部件機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生的噪聲。如數(shù)字化設(shè)備的各種接頭因抖動引起的電流變化所產(chǎn)生的噪聲，磁頭、磁帶抖動引起的

2、抖動噪聲等; 1. 圖像噪聲的產(chǎn)生 在圖像形成過程中，圖像數(shù)字化設(shè)備、電氣2. 圖像噪聲特點(diǎn) 分布和大小的不規(guī)則性； 噪聲與圖像之間具有相關(guān)性； 加性噪聲： 乘性噪聲： 噪聲模型：高斯噪聲 椒鹽噪聲 泊松噪聲 2. 圖像噪聲特點(diǎn) 分布和大小的不規(guī)則性； 圖像去噪方法主要有空域處理法和頻域處理法（1）空域處理法：直接在圖像所在的二維空間進(jìn)行處理，即直接對每一像元的灰度值進(jìn)行處理。（2）頻域處理法：將圖像從空間域變換到頻率域?qū)D像進(jìn)行處理。 圖像去噪方法主要有空域處理法和頻域處理法6.2 空間域濾波增強(qiáng)技術(shù)一、定義： 空間域濾波是基于鄰域處理的增強(qiáng)方法，它應(yīng)用某一模板對每個像元與其周圍鄰域的所有像

3、元進(jìn)行某種數(shù)學(xué)運(yùn)算得到該像元的新的灰度值，新的灰度值的大小不僅與該像元的灰度值有關(guān)，而且還與其鄰域內(nèi)的像元的灰度值有關(guān)。圖像平滑鄰域平均法中值濾波6.2 空間域濾波增強(qiáng)技術(shù)一、定義：圖像平滑鄰域平均法中值濾 圖像平滑濾波技術(shù)定義及用途： 平滑濾波對圖像的低頻分量進(jìn)行增強(qiáng)，同時可以削弱圖像的高頻分量，因此一般用于消除圖像中的隨機(jī)噪聲，從而起到圖像平滑的作用。常用方法： 鄰域平均法（線性的）和中值濾波法（非線性的） 圖像平滑濾波技術(shù)定義及用途：常用方法：鄰域平均法（均值濾波） 一幅圖像往往受到各種噪聲源的干擾（如電傳感器和傳輸誤差等），這種噪聲常常為一些孤立的像素點(diǎn)，它們像雪花使圖像被污染，噪聲往

4、往是疊加在圖像上的隨機(jī)噪聲,而圖像灰度應(yīng)該相對連續(xù)變化的，一般不會突然變大或變小，這種噪聲可以用鄰域平均法使它得到抑制。鄰域平均法（均值濾波） 鄰域平均法是簡單的空域處理方法。這種方法的基本思想是用幾個像素灰度的平均來代替一個像素原來的灰度值，實現(xiàn)圖像的平滑。 有一幅圖像圖像：MNSf(x,y)在圖像中為了獲取f(x,y)的新值則開一個MN的窗口S窗口S就稱為f(x,y)的鄰域我們可以根據(jù)窗口內(nèi)各點(diǎn)的灰度確定f(x,y)的新值。 鄰域平均法是簡單的空域處理方法。這種方法的基本思數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪鄰域平均法常見的方法有：(1)簡單平均法：在此算法中，M,N的值不宜過大，因為M,N值的

5、大小對速度有直接影響，且M,N值越大變換后的圖像越模糊,特別是在邊緣和細(xì)節(jié)處。設(shè)圖像像素的灰度值為f(x,y)，取以其為中心的MN大小的窗口，用窗口內(nèi)各像素灰度值代替f(x,y)的值，即：噪聲是隨機(jī)不相關(guān)的，如果窗口內(nèi)各點(diǎn)的噪聲是獨(dú)立等分布的，經(jīng)過這種方法平滑后，信噪比可提高 倍。鄰域平均法常見的方法有：(1)簡單平均法：在此算法中，M,N平滑可以抑制高頻成分，但也使圖像變得模糊。平滑可以抑制高頻成分，可成功消去噪聲。可成功消去噪聲。使圖像變得模糊使圖像變得模糊數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪返回返回(2)鄰域加權(quán)平均方法鄰域加權(quán)平均法也屬于空域濾波增強(qiáng)算法，它是利用模板卷積的方法實現(xiàn)對原圖的濾

6、波，可表示為：W稱為模板MNWf(x,y)(2)鄰域加權(quán)平均方法鄰域加權(quán)平均法也屬于空域濾波增強(qiáng)算法，鄰域加權(quán)平均法舉例：將模板上系數(shù)與模板下對應(yīng)像素的灰度值相乘；將所有乘積相加，并除以系數(shù)總和；將模板在圖中漫游，并將模板中心與圖中某像素點(diǎn)重合；用所得結(jié)果代替原中心點(diǎn)的值；MNWf(x,y)返回鄰域加權(quán)平均法舉例：將模板上系數(shù)與模板下對應(yīng)像素的灰度值相乘其他常用平滑模板思考下列模板對圖像操作的作用？其他常用平滑模板思考下列模板對圖像操作的作用？中值濾波法 前面使用的鄰域平均法屬于低通濾波的處理方法。它在抑制噪聲的同時使圖像變得模糊，即圖像的細(xì)節(jié)(例如邊緣信息)被削弱，如果既要抑制噪聲又要保持細(xì)

7、節(jié)可以使用中值濾波。中值濾波法 前面使用的鄰域平均法屬于低通濾波的將窗口在圖中移動；讀取窗口內(nèi)各對應(yīng)像素的灰度值；將這些灰度值從小到大排成1列；找出這些值里排在中間的1個；MNSf(x,y)將這個中間值賦給對應(yīng)窗口中心位置的像素。工作步驟將窗口在圖中移動；讀取窗口內(nèi)各對應(yīng)像素的灰度值；將這些灰度值取3X3窗口從小到大排列，取中間值取3X3窗口從小到大排列，取中間值數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪中值濾波的一些特性 (1) 對大的邊緣高度，中值濾波較

8、鄰域均值好得多，而對于較小邊緣高度，兩種濾波只有很少差別。（2） 中值濾波是非線性的。 （3） 中值濾波在抑制圖像隨機(jī)脈沖噪聲方面甚為有效。且運(yùn)算速度快，便于實時處理。（4） 中值濾波去除孤立線或點(diǎn)干擾，而保留空間清晰度較平滑濾波為好；但對高斯噪聲則不如平滑濾波。 中值濾波的一些特性二維中值濾波濾波窗口窗口大小 33 55 77 99 1111二維中值濾波濾波窗口f=imread(lena.bmp);fn=imnoise(f,salt&pepper,0.02); %在此處修改噪聲類型g1=medfilt2(fn); %3x3模板中值濾波g2=medfilt2(fn,5 5); %5x5模板中值

9、濾波g3=medfilt2(fn,7 7); %7x7模板中值濾波 (a)椒鹽噪聲圖像 (b)3X3中值濾波效果 (c)5X5中值濾波效果 (c)7X7中值濾波效果 f=imread(lena.bmp); (a)椒鹽數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪多圖像平均法 對于原圖象f(x,y),有一個噪音圖像集 g i (x ,y) i =1,2,.M其中：g i (x ,y) = f(x,y) + h(x,y)iM個圖像的均值定義為：g(x,y) = 1/M (g0(x,y)+g1(x,y)+ g M (x ,y)當(dāng)：噪音h(x,y)i為互不相

10、關(guān)，且均值為0時，上述圖象均值將降低噪音的影響。多圖像平均法相加M=1M=2M=4M=16Addition:averaging for noise reduction相加M=1M=2M=4M=16Addition:I=imread(peppers.png);I=rgb2gray(I);imshow(I);a,b=size(I);Iout=zeros(a,b);NoisI=imnoise(I,gaussian,0,0.01); %添加均值為0、方差0.01的高斯噪聲figure(2);imshow(NoisI);N=16;%定義圖像幅數(shù)for n=1:NNoisI=imnoise(I,gauss

11、ian,0,0.01);Iout=Iout+double(NoisI);end;Iout=Iout/N; (a)含高斯噪聲圖像 (b)4幅圖像平均 (c)8幅圖像平均 (d)16幅圖像平均 I=imread(peppers.png); (a頻域增強(qiáng)的原理頻率平面與圖像空域特性的關(guān)系 圖像變化平緩的部分靠近頻率平面的圓心，這個區(qū)域為低頻區(qū)域 圖像中的邊、噪音、變化陡峻的部分，以放射方向離開頻率平面的圓心，這個區(qū)域為高頻區(qū)域頻域濾波增強(qiáng)頻域增強(qiáng)的原理頻域濾波增強(qiáng)頻域邊、噪音、變化陡峭部分變化平緩部分uv頻域邊、噪音、變化陡峭部分變化平緩部分uv頻域濾波增強(qiáng)頻域濾波增強(qiáng)頻域濾波增強(qiáng)頻域濾波增強(qiáng)頻域濾

12、波增強(qiáng) 低通濾波器 高通濾波器 帶通、帶阻濾波器頻域濾波增強(qiáng) 低通濾波器數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪 巴特沃思低通濾波器(BLPF)的特點(diǎn) 沒有明顯的跳躍 模糊程度減少和理想圓形低通濾波器相比 尾部含有較多的高頻，對噪聲的平滑效果不如理想低通濾波器。 巴特沃思低通濾波器(BLPF)的特點(diǎn) 沒有明顯的跳躍 模糊數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪指數(shù)低通濾波器(ELPF)的特點(diǎn) 有更加平滑的過渡帶，平滑后的圖像沒有跳躍現(xiàn)象 與BLPF相比，衰減更快，經(jīng)過ELPF濾波的圖象比BLPF處理的圖象更模糊一些指數(shù)低通濾波器(ELPF)的特點(diǎn) 有更加平滑的過渡帶，平滑后數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六章圖像去噪數(shù)字圖像處理-6第六