數(shù)字圖像處理技術(shù)PPT圖像恢復(fù)與重建

第6章數(shù)字圖像恢復(fù) 圖像復(fù)原和圖像增強(qiáng)一樣，都是為了改善圖像視覺效果，以及便于后續(xù)處理。只是圖像增強(qiáng)方法更偏向主觀判斷，而圖像復(fù)原則是根據(jù)圖像畸變或退化原因，進(jìn)行模型化處理

6.1概念：圖像退化 數(shù)字圖像在獲取的過程中，由于各種原因會產(chǎn)生退化光學(xué)系統(tǒng)的像差與成像衍射成像系統(tǒng)的非線性畸變環(huán)境隨機(jī)噪聲成像過程的相對運(yùn)動6.1概念：圖像復(fù)原圖像復(fù)原就是使退化了圖像去掉退化因素，以最大的保真度，恢復(fù)成原來的圖像恢復(fù)圖像的評價(jià)不但根據(jù)人的主觀感覺來判斷，而且還根據(jù)某些衡量標(biāo)準(zhǔn)。如原圖像與恢復(fù)圖像的平方誤差等實(shí)際的復(fù)原過程是設(shè)計(jì)一個濾波器，使其能從降質(zhì)圖像中計(jì)算得到真實(shí)圖像的估值，使其根據(jù)預(yù)先規(guī)定的誤差準(zhǔn)則，最大程度地接近真實(shí)圖像6.2圖像退化模型圖像復(fù)原是試圖利用退化過程的先驗(yàn)知識使已退化的圖像恢復(fù)本來面目，即根據(jù)退化的原因，分析引起退化的環(huán)境因素，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并沿著使圖像退化的逆過程恢復(fù)圖像圖像復(fù)原處理的關(guān)鍵就在于建立退化模型6.2圖像退化模型一、退化現(xiàn)象的物理模型非線性退化：主要因?yàn)槌上裣到y(tǒng)的非線性空間模糊退化：物理圖像系統(tǒng)中衍射引起運(yùn)動模糊噪聲模糊6.2圖像退化模型二、圖像退化模型 原始圖像g(x,y)經(jīng)過一個退化過程H（退化算子或退化系統(tǒng)）的作用，再和噪聲n(x,y)進(jìn)行疊加，形成退化圖像f(x,y)f(x,y)=H[g(x,y)]+n(x,y)H(x,y)+g(x,y)n(x,y)f(x,y)6.2圖像退化模型三、連續(xù)退化模型

在不考慮噪聲影響時，系統(tǒng)輸出由其輸入和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)唯一確定。即退化圖像f(x,y)是原圖像g(x,y)和引起退化的圖像系統(tǒng)之點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)h(x,y)的卷積。點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)簡稱PSF6.2圖像退化模型四、離散退化模型表示成矩陣形式f=Hg+n其中：f,g,n都是的向量，H是維向量。6.3恢復(fù)方法一、無約束最小二乘方恢復(fù)（反濾波器法）對退化模型g=Hf+n最佳準(zhǔn)則函數(shù)取為這是一個最小二乘方最佳估值問題。如H已知，便可由f求得g的最佳估值反濾波器法 由于對噪聲的影響未知，實(shí)際恢復(fù)過程中，一般先對圖像進(jìn)行平滑，以減少噪聲；同時，實(shí)際恢復(fù)時，僅取頻域平面原點(diǎn)附近的一個較小的區(qū)域進(jìn)行處理6.3恢復(fù)方法二、有約束的最小二乘方恢復(fù)1、恢復(fù)的病態(tài)性 模糊圖像任意小的擾動都會使恢復(fù)圖像產(chǎn)生不可忽視的強(qiáng)擾動 對于噪聲，其隨機(jī)性也使模糊圖像的多可能性，導(dǎo)致恢復(fù)圖像的病態(tài)性 當(dāng)H的可逆矩陣不存在時，更會導(dǎo)致恢復(fù)問題的奇異性6.3恢復(fù)方法2、有約束的最小二乘方恢復(fù)

在恢復(fù)過程中對運(yùn)算施加約束，以克服病態(tài)性。 有約束恢復(fù)求得最佳估計(jì)值：其中，Q是某一線性運(yùn)算，約束條件為6.3恢復(fù)方法能量約束恢復(fù)

當(dāng)Q為線性運(yùn)算時，即Q=I，有 其物理意義在于：按照約束條件復(fù)原出來的圖像的能量最小6.3恢復(fù)方法平滑約束恢復(fù)

當(dāng)Q取平滑運(yùn)算，Q=C二維情況下，取Q與平滑模板C(m,n)對應(yīng)則最佳復(fù)原解為其物理意義是：恢復(fù)出的圖像最平滑6.3恢復(fù)方法均方誤差最小濾波（維納濾波）

當(dāng)時，有其物理意義是：使信噪比對復(fù)原圖像的影響最小此時，最小二乘方濾波轉(zhuǎn)化為維納濾波其中：為含參維納濾波 為標(biāo)準(zhǔn)維納濾波6.4運(yùn)動模糊運(yùn)動模糊的原因：相機(jī)鏡頭與對象在曝光瞬間的相對移動運(yùn)動模糊圖像的復(fù)原水平運(yùn)動模糊復(fù)原垂直運(yùn)動模糊復(fù)原水平垂直運(yùn)動模糊復(fù)原盲目解卷積圖像恢復(fù)盲目解卷積算法主要針對失真（包括模糊和噪聲）毫無所知的情況下進(jìn)行的復(fù)原操作一般處理方法是把圖像分為若干塊，假設(shè)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)H(u,v)的值為某常數(shù)，逐塊求得原圖像的傅立葉變換，從而復(fù)原圖像。因?yàn)镠(u,v)未知，故稱為盲目解卷積盲目解卷積圖像恢復(fù)此方法適用范圍很小，只適合于H(u,v)相位為零或不重要的場合，如H表示大氣平均擾動、相機(jī)象差、均勻運(yùn)動等6.5幾何畸變的消除 由于成像系統(tǒng)的非線性，成像后的圖像與原景物相比，產(chǎn)生比例失調(diào)，被描述的景物間產(chǎn)生扭曲透視照片 攝像系統(tǒng)與景物成斜視角枕形或桶形失真 成像系統(tǒng)或電子掃描系統(tǒng)本身的限制6.5幾何畸變的消除

任何一種幾何失真都可以用原始圖形坐標(biāo)和畸變圖形坐標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行描述。當(dāng)坐標(biāo)變換關(guān)系已知時

對每一對坐標(biāo)進(jìn)行變換得到畸變圖像坐標(biāo)，如果這一坐標(biāo)正好落在畸變圖像的坐標(biāo)點(diǎn)上，則原圖像的灰度值就為畸變圖像相應(yīng)點(diǎn)上灰度值；如果這一坐標(biāo)沒落在網(wǎng)格點(diǎn)上，就需要進(jìn)行內(nèi)插；而這坐標(biāo)落在畸變圖像的外邊，則只能用最靠近它的圖像像點(diǎn)代替

當(dāng)坐標(biāo)變換關(guān)系未知時 事先選取控制點(diǎn)對畸變圖像進(jìn)行校正隨機(jī)噪聲模糊效果圖返回運(yùn)動模糊效果圖返回?zé)o約束恢復(fù)效果圖返回反濾波復(fù)原返回約束最小二乘方恢復(fù)效果原圖像模糊噪聲的圖像最小二乘方恢復(fù)平滑約束恢復(fù)返回最小二乘方恢復(fù)效果假設(shè)噪聲水平低恢復(fù)假設(shè)噪聲水平高恢復(fù)噪聲水平更低恢復(fù)返回平滑約束恢復(fù)效果噪聲模糊圖像平滑約束恢復(fù)圖像返回維納濾波恢復(fù)效果（無噪聲）對有噪聲模糊圖像的恢復(fù)返回維納濾波恢復(fù)效果（有噪聲）返回水平運(yùn)動模糊復(fù)原運(yùn)動角度=0度返回垂直運(yùn)動模糊復(fù)原運(yùn)動角度=90度返回水平垂直運(yùn)動模糊復(fù)原運(yùn)動角度=45度返回幾何畸變返回幾何畸變返回盲目解卷積恢復(fù)返回上機(jī)實(shí)驗(yàn)：運(yùn)動模糊及恢復(fù)

I=imread('flowers.tif'); LEN=31;THETA=30; PSF=fspecial('motion',LEN,THETA); I1=imfilter(I,PSF,'circular','conv'); UNDERPSF=ones(size(PSF)-4); [JP1]=deconvblind(I1,UNDERPSF); W=deconvwnr(I1,PSF); subplot(2,2,1);imshow(I);title('原圖像'); subplot(2,2,2);imshow(I1);title('運(yùn)動模糊圖像'); subplot(2,2,3);imshow(J);title('盲目解卷積恢復(fù)'); subplot(2,2,4);imshow(W);title('維納濾波恢復(fù)');上機(jī)效果圖：運(yùn)動模糊及恢復(fù)第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動、換向；

2.輔機(jī)的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機(jī)單級活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當(dāng)于每日以十小時運(yùn)作計(jì)算，可長達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過?；?葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個運(yùn)動部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動渦卷作平動運(yùn)動時，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理上述五條原因使實(shí)際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實(shí)際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實(shí)際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理指示功率pi

：按示功圖計(jì)算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計(jì)算的功率

Ps(PT)<pi軸功率P：壓縮機(jī)軸的輸入功率絕熱指示效率等溫指示效率機(jī)械效率總效率