。

但自然噪声会在图像传输时干扰其传输过程#xff0c;甚至会使图片不能表达其原来的意义。

去噪处理就是为了去除图像中的噪声#xff0c;从而…摘

随着我们生活水平的提高科技产品飞速更新换代在信息传输中图像传输所占的比重越来越大。

但自然噪声会在图像传输时干扰其传输过程甚至会使图片不能表达其原来的意义。

去噪处理就是为了去除图像中的噪声从而提升图像质量。

因此研究针对噪声的去噪方法是十分必要的。

文中首先分析了几种图像的去噪算法相关知识。

有许多类型的图像去噪法可以分为以下两种方法空间滤波和频率场滤波。

Matlab仿真结果表明不同的去噪算法各有优势。

在这些去噪算法中均值滤波是一种较为普遍的线性滤波一般适用于高斯噪声的类型。

中值滤波是一种比较常见的非线性过滤特别是对于椒盐噪声使用中值滤波法效果更佳。

因此在对一幅图片进行去噪操作之前首先要分析噪声的类型以及其产生的原因然后再选择合适的去噪算法这样才能达到比较好的去噪效果。

Abstract

在如今的这个信息时代图像传输的作用越来越明显。

相比于文字载体而言图像更为直接、明了且所赋予的内容也更加丰富。

可见图像在人类传递信息的整个过程中也发挥了重要的作用。

然而在图像的获取和传输过程中很容易出现图像噪声的情况图像噪声的存在对人们的视觉感官有着很大的影响甚至会影响到对图像的获得和理解。

因此对图像进行去噪处理使图像在传输过程中非常重要的一个步骤图像只有清晰人眼和计算机才能够采取到其所包含的重要信息。

就如大家所知道的在信息传输中图像载体比较受到欢迎。

而图像由各种像素组成在进行去噪的时候采用空间去噪法可以直接处理图像像素。

除了这些之外常用的方法还包括中值滤波、均值滤波等。

变换域去噪法不是直接在图像本身进行去噪而是图像被变换然后处理系数以进行处理。

在处理然后对由表格处理的图像进行逆变换之后公共域变换域去噪基于基于小波变换的傅里叶变换。

图像去噪和图像去噪是两个主要类别。

在科研、军事技术、工农业生产、医疗、气象条件这几种领域里都广泛运用到图像处理技术。

然而在很多情况下图像噪声会影响图像的传输图像的有效信息也得不到良好的体现。

因此对图像去噪算法进行深入研究有重要的现实意义。

1.2

图像去噪方法可以从不同处理领域的角度划分空间和频率处理方法。

然而空间滤波理论更加成熟数字分析简单无信号的噪音不一致无疑是有效的。

但是在图像边缘保护方面空间域是相对较差的。

非线性滤波在运用过程中主要充分考虑到人们的视觉标准不一加上最佳滤波的原理的限制所以非线性滤波可以提高图像分辨率和边缘的保护。

对于传统的空间滤波方法而言存在着一定的局限性比如传统的空间滤波方法不能有效地区分信号的高频部分和高频噪声部分。

因此图像信息很容易丢失在过滤高频噪声的过程中并且还会导致整个图像失真影响图像所要表达的重要信息。

频域滤波与传统的空间滤波方法相比就比较具有优势。

所谓频域滤波就是通过频域滤波分析和处理频域中的图像系数。

在进行频域滤波去噪之前要求我们首先将图像转换为频域的图像。

在处理频域系数之后执行逆变换以形成精细图像。

傅里叶经典变换将图像转换为空间和频率域并且使用此种方法还可以综合考虑其他问题。

因此频域滤波在传统的数字图像处理中扮演着重要角色。

例如采样点数字化系统卷积滤波器等。

并具有优异的特性如线性度时移对称性频移等。

然而傅立叶变换也是具有局限性的其不适用于非平稳信号分析并且只能随时间提供频率特性。

为了改善这种差距才提出了小波理论。

在进行去噪的过程中并不是直接进行的Weaver会转换图像将其转换为波场然后再对转换过的小波系数进行处理该波长系数是与阈值相比的波长系数。

保持或修改比率很大否则设置为零。

然后Donoho对去噪小波算法进行了深入细致的分析并对其特征进行了解释为接下来研究小波去噪和小波去噪的发展奠定了一定的基础。

Nason与Weaver不一样他提出了另一种阈值方法其阈值选择基于交叉验证标准。

通常难以准确地计算噪声方差。

由于噪声的产生具有一定的偶然性因此Nason的方法不需要计算噪声方差。

使用该方法进行去噪因此增益阈值更准确但使用该方法所需的计算量很大并且还同时属于波变换和逆变换。

KivancJohn和Xu等人提出的去噪小波方法是现如今最为常用的方法其分别是利用投影方法和类似方法来实现。

顾名思义基于贝叶斯评估理论的去噪方法在进行去噪的过程中提供了小波系数的最佳估计最小化了贝叶斯估计的风险。

使用此方法进行去噪所取得的效果会优于其他方法。

小波理论具有精确的时域定位能力和频域定位能力能够解决许多傅里叶变换无法解决的难题。

近年来许多学者对小波领域进行了大量的研究取得了一系列的成果使小波理论发展成为一个完整的理论体系并在图像去噪中得到了广泛的应用。

1.3

第1章为绪论部分这一部分主要介绍了本次课题的研究背景、研究对象、研究意义以及国内外研究现状。

第2章简要概述了matlab这一软件的来源与使用本次研究中主要是运用matlab进行仿真与实现。

第3章概述了图像噪声的性质包括了噪声的含义、分类以及产生的原因介绍了生活中比较常见的噪声。

第4章介绍了空域去噪算法并进行仿真主要是对均值滤波和中值滤波这两大方法进行研究与仿真。

第5章则讲述了频域低通滤波包括几种常见的滤波器并且对其传递函数和三维透视图进行分析和研究对理想低通滤波进行了仿真。

第6章是本文整体的一个总结同时对整个论文中的不足以及对未来工作进行分析和展望。

第2章

Laboratory是由美国Mathworks公司所研究开发的一款软件它被人们广泛应用于科学计算领域数值分析领域工程计算领域自动控制领域等科学工程领域。

它除了具备复杂的矩阵和计算器功能外还能将其运用到许多专业领域的仿真处理和设计任务完成同时还能利用Matlab的自动生成特性将其直接连接到硬件代码。

Matla不仅功能强大而且易学易用。

Matlab集成了矩阵运算数值分析图形处理和编程技术等多种功能于一体是一个强大的分析和编程工具深受用户喜爱。

除了能够进行数据分析和编程之外Matlab还可用于故障排除特别是对于科学与工程问题而言Matlab所发挥的重要是不容小觑的。

它还提供符号专业级计算文字处理可视化建模仿真和实时控制。

Matlab是具有语言功能的新一代软件开发平台。

经过多年的发展与进步现如今Matlab已能做到适用于多学科领域、多任务处理和强大平台对接是一款逐渐趋于成熟的大型软件。

在当前环境下Matlab还已经发展成为了当代大学生需要掌握的基本技能说明Matlab开始具有普适性且被广泛接受。

同时Matlab还被广泛应用在一些较为严谨的设计研究单位以及相关工业发展部门其主要目的是用于研究技术创新和解决相关具体问题这在一定程度上节省了不少人力成本和时间成本。

在中国Matlab的使用范围也是比较普遍也逐渐开始受到了重视Matlab在很短一段时间内收获了无数用户并且深受喜爱好评颇高因为任何学科或工程领域在使用Matlab时都可以找到合适的功能来解决他们的问题。

2.2

自从MathWorks公司于1984年将Matlab引入市场以来在全世界范围内产生了巨大的影响。

至今为止Matlab已经被使用了20余年并且在不断发展市场竞争也十分激烈。

Matlab不仅具有可靠的数值计算和符号计算强大的绘图功能关键是其的语言系统还易于学习加上拥有大量应用工具使得matlab与其他技术应用相比较而言具有相当明显的使用优势与功能价值。

2.2.1数值计算和符号计算功能

MATLAB将数学中的矩阵形式作为相关数据操作的基本要素从而促使矩阵运算更加简便与高效。

在MATLAB所具有的功能中其数值计算方法被称为世界上最先进最可靠的方法。

在实际应用中除了数值计算之外通常还需要针对与符号信息技术领域相关的问题的分析解决方案。

2.2.2绘图功能

MATLAB在可视化方面较为强大其可提供各种图形包括2D图形和3D图形以及修改和控制图形以此来达到提高图形性能的目前。

除此之外MATLAB还可以轻松添加图形标题轴等。

此外Matlab软件还可以创建3D动画效果以及隐式函数图等可用于科学计算和工程图纸。

对此使用MATLAB进行图形处理操作有很多优势用户可以在进行图形操作处理时更加的方便灵活并且性能空间不受限制。

2.2.3语言体系

MATLAB具有针对程序内部结构调用函数使用数据整体结构输入和输出状态以及面向对象编程语言等对象的控制协调作用。

因此MATLAB的使用也可以用作传统的编程语言如BASCFORTRAN和C.MATLAB易于学习易于编程。

因此对于从事数值计算工作计算机设计工作和系统仿真工作的人来说优先考虑到的就是运用MATLAB编程。

MATLAB是一种解读释义性语言在运行起来时速度较慢并且在MATLAB环境中是无法进行独立运行的需求其他程序的辅助。

Math

Works在创立MATLAB时目的是使MATLAB成为现今社会普遍适应的软件开发工具。

Math

Works提供了一个用于可在EXE文件上进行MATLAB源程序编译的编译器。

这些文件独立于集成的MATLAB环境并在编程程序中转换为MATLAB

2.2.4MATLAB工具箱

Toolbox的主要功能是对符号计算器进行功能扩展进行可视化建模和模拟可视化、文本处理等功能。

Disciplinary

Toolbox是高度专业化的例如系统控制系统安全开发系统正常网络规则优化系统和金融资产。

这些工具由该领域的高学术学者编写他们可以将这些工具直接用于类似领域的科学研究。

第3章

图像噪声对图像的传输有很大的影响一张图片在正常的传输下可以比较完好地传递出图像的信息。

但由于图像受噪声干扰图中的信息无法正常传递。

传递中的噪声容易形成所以去噪显得尤为重要。

3.1图像噪声的定义

图像噪声是指图像在传输中出现的干扰传输过程的因素以及传输完成后产生的不必要多余信息。

图像噪声可以被理解为在接收或发送图像时接收的干扰的奇数信号并且通常由概率分布函数和概率密度分布函数来描述。

有的噪声会使图像变得模糊不清有的则直接阻碍信息的传递。

有的噪声相对独立噪声也可能相互关联。

为了有效地降低噪声必须根据不同的情况来选择合理适应的方法。

3.2

图像噪声产生的原因是复杂多样的依据噪声产生的原因进行分类划分一般可将其分为内部噪声和外部噪声两种类型。

外部噪声即外在原因感染产生的图像噪声就是例如打雷闪电等自然环境所影响的除了外部噪声图像噪声也有来自内部干扰的内部噪声如相机在拍摄时的热噪声、设备本身引起的噪声、电机等。

由运动等产生的抖动噪声。

3.2.2

设f(m,n)表示期望图像信号则g(m,n)表示加入噪声后的图像n(m,n)表示噪声。

①加性噪声图像信号的强弱发生变化时噪声不会因此改变他们是不相的关的。

不管有没有信号噪声都存在。

在理想的情况下无噪声图像f、噪声n噪、图像g三者之间的关系应如公式3.1所示:

3.1

②乘性噪声乘性噪声产生的原因一般是由信道之间的关系不理想所引起的它们与信号之间的关系如公式3.2所示。

当图像信号发生强弱变化时噪声也发生相应的变化他们是相关的。

fn噪

如果噪声的概率密度函数能够近似的服从高斯分布则可以称其为高斯噪声。

高斯噪声的概率密度函数可以用公式3.1表示

(3.1)

如果噪声服从脉冲噪声的特点则其概率密度函数可以用公式3.4表示如下

(3.4)

脉冲噪声可以分为两类一是大气中的雷暴天气产生的电磁脉冲又称天电干扰属于自然噪声另一类是由高频电气设备类似火花系统、电气开关和高压传输线等产生的工业干扰。

3.3

1噪声在图像中的体现是随机的不同的噪声在不同的图像中其图像分布也是不一样大小也不一。

2图像噪声具有多样性不同的噪声产生的原因不同所带来的影响也不同针对每一种噪声都要运用相对的去噪手段才能良好的去噪。

例如如果将摄像机信号连接到噪声使其产生图像实践结果最终表明越暗的部分噪声越大越亮的部分其噪声也越低。

在串行传输图像的传输系统中可以发现将各个组件进行串联后所引起的噪声重叠致使最终的信噪有所比降低从而说明图像噪声具有可增加性。

第4章

图像中的诸多噪声均为随机的其针对某像素点影响可将其当做孤立存在的。

基于此噪声点在对比该像素点临近点中会在灰度值层面产生明显的改变。

基于该情况可应用邻域操作的模式对图像的像素点有没有噪声进行判定且应用恰当的方式消除或降低噪声。

其中普遍适应的邻域去噪法主要包括了以下几种方法与原理4.1

均值滤波法

均值滤波是一种典型的线性滤波算法其主要结合了目标像素实现了模板。

模板覆盖了周边像素周边共8像素形成滤波末班曲调自身像素应用该均值取代原本的数值。

4.1.2

均值滤波自身拥有很大的缺陷其在图像去噪过程中无法良好的确保图像细节尤其是细节和边缘区域图像会转变的比较模糊无法实现优良的

去噪成效。

倘若图像中具备高斯噪声应用均值滤波可具备极强的去噪成效但结合椒盐噪声以上去噪模式不能具备优良的功效。

4.1.2

首先在图像下添加高斯噪声应用大小各不相同的BOX模板通过均值滤波处置高斯造成图像其代码具体为下图

仿真后图像如下

由图4.1可以清晰地看出采用均值滤波虽然有一定的去噪效果但是会使图像变得模糊。

图像去噪成效不但关乎模板形状还同应用的模板尺寸具备关系。

模板具备越大的尺寸证明具备越明显的去噪成效但图像会更加的模糊。

以上滤波方式针对高斯去噪具备优良的成效但针对滤除椒盐噪声而言不具备良好的成效。

4.2

中值滤波为经常应用的非线性处理技术其为邻域运算,经常在预处理中应用。

其在平滑脉冲噪声层面具备显著的成效并且可以良好的对图像尖锐边缘进行保护。

其其计算并非加权和其为将邻域

像素按照灰度值的排序予以重新排列此后挑选有序序列中间值当做输出像素值。

该方式对于干扰脉冲以及椒盐类噪声的抑制是最有效的,可以克服线性平均滤波器所带来的图像细节模糊问题。

图4.2为应用5x5模板针对添加高斯噪声、椒盐噪声的图像予以中值滤波的成效图。

在图4.2(a)、(b)可了解到对椒盐噪声而言其随机出现了图像的某部分点中按照中值滤波的相关原理通过数据排序模式1亮点噪声点排序环节会被排放在序列的最右端、最左端最后挑选有序序列中间区域的值通常并非噪声点值基于此可良好的抑制噪声。

仿真后图像如下

运用中值滤波、高斯噪声对比均值滤波其成效不高结合椒盐噪声来说可在去噪过程中良好的保持边缘图像中值滤波针对去除图像扫描噪声、脉冲干扰十分有效。

在真实的应用下不同图像可应用的需求各不相同应用不同的滤波窗口尺寸、形状予以滤波。

通常首先应用小窗口尺寸其后挑选大尺寸实现窗口的逐步增大直至得到比较满意的去噪效果。

第5章

频域滤波是频域图像处理的一种重要方法。

从信号的频谱来看随着空间位置发生变化变化坡度大的信息所对应的频域是高频部分而变化平缓的信息所对应的频域是低频部分。

通过观测具体的图像可以发现边缘和噪声对应的频域是高频区域而背景和信号倾斜部分对应低频区域。

因此可以采用低通滤波来达到滤除噪声的目的。

(u,v)和G

(u,v)为低通滤波器的传递函数。

图5.1为运用离散傅里叶变换频域低通滤波方法进行平滑图像的综合处理流程

图5.1

低通滤波器通过过滤掉高频的成分导致图像模糊现象的产生因为该滤波器容易产生急峻的过激反应从而出现了振铃的情况。

理想低通滤波器可在很大方面降低图像之中的噪声由于其形成的边缘细节具备明显的模糊效应在滤波处置后类似平均模板的平滑。

5.1.2

物理可实现低通滤波器巴特沃斯Butterworth低通滤波器。

N阶、截止频率为D0巴特沃斯低通滤波器传递函数定义是

5.2

Butterworth低通滤波器也被叫做最大平坦滤波器在阻带、通带不具备显著的跳跃其同理想低通滤波器具备较多的不同即两者之间的另一个。

平滑过渡区。

通常当Huv降低到原始值的1

图5.3为巴特沃斯低通滤波器的三维透视图、特性曲线。

其中低通滤波器具备很大的不同Butterworth低通滤波器在通带、阻带中拥有平滑过度拥有很强的非连续的属性。

图5.3

通过滤波器函数分析到过度环节其根本就没有理想低通滤波器的剧烈现状运用图获得拥有极强的阶数滤波器拥有很强的剧烈拥有特别显著的振铃现状。

5.1.3

在对图像进行处置环节长期应用的指数滤波器拥有很快的衰减率传递函数是

5.4

n是决定衰减率系数。

图5.4为指数低通滤波器的三维透视、特性曲线。

例如在DuvD0时候Huv降低到最大值。

图5.4

与巴特沃斯低通滤波器相比较相较于指数低通滤波器其指数函数的过渡带比较平滑更快衰减率基于此指数低通滤波之后的图像历经巴特沃斯低通滤波结果比较模糊没有振铃的情况出现。

5.1.4

5.5

D(uv)。

在契合D1、D0需要契合条件D0D1,其传递函数首个折点

图5.5为梯形低通滤波器三维透视、特性曲线。

其滤波器的主要性能为过渡平稳。

图5.5

当对图像进行去噪处理之后处理后的图片没有一个标准的规定来判定图片是否清晰图像的去噪效果有没有达标。

这里我们就需要一个评价标准来衡量去噪后的图像的清晰度以及图像去噪算法的效果。

一般来说可以大致分为主观准则和客观准则两种方法。

6.1

主观判断

客观评价为计算图像固定数据运用数值计算的方式对图像去噪成效进行衡量评价其有没有实现标准要求。

以下文章重点论述了最经常使用的均方信噪比SNR并且会在Matlab中对两张去噪后的图像进行对比。

6.2.1

假设原始图像是f(m,n)去噪之后其图像是(m,n)那么均方误差MSE可应用公式6.1表示

(6.1)

通常而言具备更小的均方误差其输出图像综合效果接近原图像证明具备更好的去噪成效。

均方信噪比SNR可应用公式6.2进行计算

(6.2)对于均方差来说信噪比则是数值越大代表图像的去噪效果越好下文中会使用matlab进行仿真对比。

6.2.2

Matlab中计算信噪比

本次仿真对两张图片进行加噪和去噪的处理然后分别计算信噪比对比可以体现几种滤波算法对各种噪声的去噪效果。

此后对cameraman.jpg、lena.jpg的图片添加高斯噪声、椒盐噪声应用均值滤波、中值滤波落实去噪处置其代码为

6.2

根据得出的数据则可以看出均值滤波针对高斯噪声在去噪过程中其成效比中值滤波更好针对椒盐噪声在去噪过程中中值滤波比均值滤波效果更好。

但针对不同图片结合噪声去噪效果具备诸多不同。

主观评价和客观评价标准都能在一定程度上能够反映出图像去噪后的效果但是又各自具有不同的特点。

主观评价的反映是人眼的直接感受但是因人而异这种指标不是以固定量的方式描述并且有时候人眼觉得好看的图像去噪效果不一定会好。

客观评价无法反映出人眼的真实感受但是是以定量的方式描述具有一定的严谨性。

第7章

本文对一些常见的去噪算法进行了研究分析与仿真但是还有多种多样的去噪算法没有提到每种方法在不同的方面各有优点和缺点但是没有一种能够完美应对各种情况的去噪算法。

像素平均滤波以及其指定邻域像素的加权平均像素或平均像素的新值,去除突变以过滤掉噪声,该方法操作简单,速度快,但会导致图像模糊优化图像细节、边缘该模式在高斯噪声去除中具备良好的成效但椒盐噪声的处理效果并不理想。

中值滤波将像素当做重心的小窗口下的全部像素灰度值在小到大进行排序排序结论中间值当做像素灰度值。

其中中值滤波可更好的去除椒盐噪声并能保持图像边缘的方法但对高斯噪声效果不佳。

应用低通滤波器落实去噪可实行将噪声的伪轮廓寄生效应降低到一种极低的状态由于低通滤波器滤除寄生成分环节与高频成分基于此原因以上去噪方式是将降低清晰度当做代价。

由此在针对图像进行去噪过程中需要对其仔细分析其噪声产生的原因、特点以及类型并选择最合适的方法进行去噪这样才能保证图片清晰的同时能够良好地消除噪声。

7.2

众所周知图像的特征和噪声自身为去噪难点。

当下接触获得的诸多非线性滤波算法均为特定图像噪声构建的。

但是在现实生活中自然界的多样性和噪声的不确定性会影响整个去噪过程无法对全部图像落实最好的滤波成效。

基于此不提前了解噪声特性、图像非线性滤波机制获得了大量的使用。

伴随科技的迅猛发展在伺候的发展图像去噪获得了良好的发展邻域的使用越发的广泛必然会给人们的生产、生活产生极大的便利。

参考文献

章毓晋.图像处理与分析[M].北京:清华大学出版社,1999:23-25

[2]

霍宏涛.数字图像处理[M].北京:机械工业出版社,2003.5:01-02

[3]

李秀梅,张奇伟,应广之.基于Matlab的图像去噪可视化系统设计[J].

杭州师范大学学报(自然科学版),2012,11(6):551-555.

[4]

王姣斐,王双喜.基于MATLAB软件的图像去噪方法比较[J].甘肃农业大学学报,

2011,

赛地瓦尔地;买买提.基于Matlab的几种图像去噪方法研究[J].

河南科学,

白宗文,周美丽.基于matlab的椒盐噪声图像去噪方法研究[J].

电子测试,

刘钰,马艳丽,刘艳霞.小波阈值图像去噪算法及MATLAB仿真实验[J].

数字技术与应用,

基于Matlab实现MRI信噪比及图像均匀性自动检测系统的研究[J].

中国医学装备,

在毕业设计期间我遇到许多的难题在途中遇到许多挫折很感谢帮助我解答困惑的所有人。

在此表示深深的谢意。

首先我由衷地感谢我的毕业综合训练指导老师李老师。

在他悉心的帮助和认真指导下我顺利地完成了整个毕业设计。

在设计过程中李老师认真负责专业知识丰富对我们的各种疑问都做出了正确的解答。

其次我要感谢和我一起做毕业设计的同学你们给我提出很多宝贵的意见在此也真诚的谢谢你们。

同时还要感激我的室友们和身旁的朋友在毕设期间互帮互助有疑问时互相讨论互相学习互相成长。

我还要特别向我的家人表示由衷的感谢你们是我坚强的后盾有了你们给我的支持我才能顺利完成我的学业。

最后我对在百忙之中抽出宝贵时间来参加论文评阅的各位教师表示由衷的谢意他们的指导修正了本人论文中的错误使我受益匪浅。