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面向画质增强的去运动模糊技术研究

作　者: 陈嘉华
导　师: 马利庄
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 图像画质增强 运动模糊 梯度域 卷积与反卷积
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在数字摄影摄像过程中,常常由于摄影器材抖动或是场景快速变化造成图像或视频模糊不清晰。为了克服模糊效果带来的画质损失,去模糊技术近年来在计算机视觉领域和数字图像处理领域得到了广泛的研究。通常摄影过程中的模糊效果可分为失焦模糊和运动模糊两大类。失焦模糊是指摄影摄像过程中,目标物体所处位置不在光学镜头焦距附近,导致成像不清晰。摄像时聚焦不准或是景物深度超过设备景深是造成失焦模糊的两个主要原因。运动模糊是指景物在图像中的移动效果。造成运动模糊,主要是因为在光圈曝光时间内,摄影器材抖动或是景物快速移动造成图像拖影。本课题研究的去模糊,指的是去运动模糊。运动模糊在数学模型上一般被解释为清晰图像卷积模糊核,叠加一定随机噪声后产生模糊图像。模糊核又被称作是点扩散方程,它描述了小范围内光的叠加的方式,包括密度和位置。去运动模糊按照模糊核是否可得分为盲卷和非盲卷去运动模糊。按照模糊核的单一性,又可以分为空间可变(多核)和空间不变(单核)去运动模糊。为了从模糊图像恢复出原始清晰图,去运动模糊技术常常遇到以下几个难题:(1)模糊核未知。基于单幅图像的去模糊技术通常都需要通过各种手段估算模糊核,因为模糊图像的信息干扰和损失问题,模糊核通常很难被精确估算。(2)反卷积的多解性。反卷运算的解是多个的,这导致了复原清晰图像时,可能会产生非清晰的结果。(3)去运动模糊中的水纹效应。这通常是由于反卷运算的采用的模型自身造成,例如有穷傅里叶级数等。(4)受噪音干扰较大。去模糊和反卷对噪音极其敏感,这加大了复原清晰图像的难度。本课题的主要研究对象是基于单幅图像的去运动模糊算法,以三个主要方向为切入点研究面向画质增强的去运动模糊技术。首先,本课题尝试解决未知运动模糊核的估计,利用图像先验知识,滤波和梯度域算法等不同技术,获取图像抖动或景物移动信息,估算模糊核的大小,位置及密度。其次,本课题研究比较鲁棒的反卷积模型,该模型对随机噪声不敏感,效果稳定,且能够克服通常卷积过程中带来的水纹效应。第三,本文尝试研究空间可变的运动模糊模型。通常的运动模糊都是空间不变模型,即使用单一核描述图像上所有像素的运动。空间可变模型则使用多核模型模拟模糊过程,以求达到更加精确的结果。本课题最终提出一种既能够复原锐利边缘,又能够抑制平滑区域噪声的,基于梯度域变换的核估计算法,并将该算法运用于单核或多核去运动模糊技术中。实验结果表明本算法能够从一般的模糊图像中准确估算模糊核并复原清晰图像。该去运动模糊技术将在摄影摄像领域中有良好的应用前景。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章 引言  12-17
  1.1 论文研究背景及意义  12-14
  1.2 研究目标及技术路线  14-15
  1.3 本文工作的创新点  15-16
  1.4 论文组织结构  16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 空间不变去运动模糊技术  17-42
  2.1 运动模糊数学模型  17-23
    2.1.1 空间不变运动模糊的数学建模  17-21
    2.1.2 图像卷积算法和技术  21-23
  2.2 去运动模糊相关工作  23-40
    2.2.1 去运动模糊算法概况  24-26
    2.2.2 维纳滤波器  26-28
    2.2.3 Lucy-Richardson 算法  28-31
    2.2.4 图像梯度先验去模糊  31-34
    2.2.5 快速去运动模糊  34-37
    2.2.6 两阶段去运动模糊  37-40
  2.3 去运动模糊中的主要难点  40-41
  2.4 本章小结  41-42
第三章 基于单核的去运动模糊技术  42-60
  3.1 算法设计与实现  42-44
  3.2 梯度增强  44-48
    3.2.1 显著路径识别  45-46
    3.2.2 关联式梯度增强  46-47
    3.2.3 梯度域图像重建  47-48
  3.3 强边筛选与去噪  48-49
  3.4 模糊核估计与精化  49-52
    3.4.1 快速模糊核估计  49-50
    3.4.2 模糊核加强与精化  50-52
  3.5 快速非盲反卷积  52-53
  3.6 实验结果  53-59
    3.6.1 模糊核估计实验结果  53-55
    3.6.2 去运动模糊实验结果  55-59
  3.7 本章小结  59-60
第四章 基于多核的去运动模糊技术  60-67
  4.1 多核数学模型  61-62
  4.2 多核去模糊算法的尝试和设想  62-66
    4.2.1 基于重叠区域的多核去运动模糊  62-63
    4.2.2 实验结果  63-66
  4.3 本章小结  66-67
第五章 全文总结  67-69
  5.1 本文工作总结  67-68
  5.2 研究展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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