醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座

主要內(nèi)容：1圖像復(fù)原基本概念；2圖像退化/復(fù)原過程模型；3噪聲模型；4只存在噪聲圖像復(fù)原；5退化噪聲圖像復(fù)原；第五章圖像復(fù)原*醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第1頁主要內(nèi)容：1圖像復(fù)原基本概念；2圖像退化/復(fù)原過程模型；3噪聲模型；4只存在噪聲圖像復(fù)原；5退化噪聲圖像復(fù)原；第五章圖像復(fù)原*醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第2頁圖像復(fù)原（ImageRestoration）目標(biāo)：改進(jìn)退化圖像質(zhì)量并盡可能恢復(fù)原圖像；退化現(xiàn)象：由場(chǎng)景得到圖像沒能完全地反應(yīng)場(chǎng)景真實(shí)內(nèi)容，產(chǎn)生了圖像含糊、失真、噪聲……醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第3頁圖像復(fù)原（ImageRestoration）經(jīng)典退化類型：噪聲污染、邊緣含糊、運(yùn)動(dòng)含糊。圖像退化原因：成像設(shè)備與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)（聚焦不準(zhǔn)）、傳感器特征非線性、感光膠卷非線性和膠片顆粒噪聲……圖像復(fù)原：明確圖像退化原因，建立退化數(shù)學(xué)模型，沿逆過程恢復(fù)圖像。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第4頁圖像復(fù)原（ImageRestoration）醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第5頁圖像復(fù)原（ImageRestoration）醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第6頁圖像復(fù)原（ImageRestoration）醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第7頁圖像復(fù)原（ImageRestoration）圖像復(fù)原vs.

圖像增強(qiáng)：相同之處：改進(jìn)輸入圖像視覺質(zhì)量不一樣之處：

圖像增強(qiáng)不考慮退化原因，用試探方法得到改進(jìn)圖像，其過程帶有很強(qiáng)主觀性；

圖像復(fù)原考慮退化原因，依據(jù)退化模型得到改進(jìn)圖像，其過程是客觀；醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第8頁主要內(nèi)容：1圖像復(fù)原基本概念；2圖像退化/復(fù)原過程模型；3噪聲模型；4只存在噪聲圖像復(fù)原；5退化噪聲圖像復(fù)原；第五章圖像復(fù)原*醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第9頁圖像退化/復(fù)原過程模型*圖象退化/恢復(fù)過程模型（假定已經(jīng)有退化過程和加性噪聲一些知識(shí)）：f(x,y)退化函數(shù)h+g(x,y)n(x,y)恢復(fù)濾波器f(x,y)最優(yōu)預(yù)計(jì)退化過程恢復(fù)過程醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第10頁圖像退化/復(fù)原過程模型*從中能夠看出，圖像退化能夠看作是退化系統(tǒng)空間表示式h(x,y)與原圖像f(x,y)卷積（再加上噪聲），所以圖像復(fù)原也稱為圖像去卷積(deconvolution)，而在復(fù)原過程中所使用濾波器也稱為去卷積濾波器。H(u,v)稱為退化系統(tǒng)傳遞函數(shù)，從頻率域角度看，它使圖像退化，因而反應(yīng)了成像系統(tǒng)性能。H(u,v)可經(jīng)過關(guān)于退化過程先驗(yàn)知識(shí)得到。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第11頁主要內(nèi)容：1圖像復(fù)原基本概念；2圖像退化/復(fù)原過程模型；3噪聲模型；4只存在噪聲圖像復(fù)原；5退化噪聲圖像復(fù)原；第五章圖像復(fù)原*醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第12頁噪聲模型噪聲(Noise)：最常見圖像退化原因之一，是一個(gè)外部干擾；圖像中不希望有部分、圖像中不需要部分。產(chǎn)生圖像噪聲過程：圖像采集、圖像數(shù)字化或圖像傳輸噪聲能夠看作灰度隨機(jī)變量，用概率密度函數(shù)PDF來描述；一些主要噪聲類型：高斯噪聲、瑞利噪聲、指數(shù)噪聲、均勻噪聲、脈沖(椒鹽)噪聲、周期噪聲。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第13頁噪聲模型─高斯噪聲又稱正態(tài)噪聲：其中：z是灰度級(jí)

μ是z均值

σ是z標(biāo)準(zhǔn)差μ=0σ=0.01醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第14頁噪聲模型─瑞利噪聲其PDF為：其中：a=0b=1醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第15頁噪聲模型─指數(shù)噪聲其PDF為：其中：a=1醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第16頁噪聲模型─均勻噪聲其PDF為：其中：a=0b=1醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第17頁噪聲模型─脈沖(椒鹽)噪聲其PDF為：因?yàn)槊}沖噪聲相對(duì)于圖像強(qiáng)度大得多，通常被數(shù)字化成圖像極值（純黑或白）；又可分為胡椒噪聲、鹽噪聲和椒鹽噪聲a=1b=0Pa=0.05Pb=0a=1b=0Pa=0Pb=0.01醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第18頁噪聲模型─脈沖(椒鹽)噪聲其PDF為：因?yàn)槊}沖噪聲相對(duì)于圖像強(qiáng)度大得多，通常被數(shù)字化成圖像極值（純黑或白）；又可分為胡椒噪聲、鹽噪聲和椒鹽噪聲a=1b=0Pa=0.05Pb=0.05醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第19頁噪聲模型─周期噪聲周期噪聲主要來自電子機(jī)械干擾，通常由各種不一樣頻率正弦波或余弦波組成，對(duì)圖像中每一個(gè)頻率正弦噪聲，其頻率域變換表現(xiàn)為一對(duì)相對(duì)于頻率域原點(diǎn)對(duì)稱脈沖。所以，周期噪聲很輕易經(jīng)過頻率域?yàn)V波方法濾除。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第20頁噪聲模型─噪聲參數(shù)預(yù)計(jì)對(duì)周期噪聲，從圖像傅立葉變換頻譜尖峰就能預(yù)計(jì)；有些噪聲參數(shù)能夠直接從成像傳感器產(chǎn)品說明書上得到；通常方法是選擇帶噪聲圖像一塊小背景灰度近似為常數(shù)區(qū)域來預(yù)計(jì)。此時(shí)，圖像灰度改變主要由噪聲來產(chǎn)生。經(jīng)過直方圖來預(yù)計(jì)形狀與方差和均值參數(shù)，再經(jīng)過二者來計(jì)算參數(shù)a和b。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第21頁噪聲模型─噪聲參數(shù)預(yù)計(jì)醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第22頁主要內(nèi)容：1圖像復(fù)原基本概念；2圖像退化/復(fù)原過程模型；3噪聲模型；4只存在噪聲圖像復(fù)原；5退化噪聲圖像復(fù)原；第五章圖像復(fù)原*醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第23頁只存在噪聲圖像復(fù)原*當(dāng)圖像中唯一存在退化是噪聲時(shí)，上式變?yōu)椋捍藭r(shí)圖像復(fù)原可經(jīng)過空間濾波來實(shí)現(xiàn)；若是周期噪聲則可經(jīng)過頻域?yàn)V波來實(shí)現(xiàn)。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第24頁只存在噪聲圖像復(fù)原─均值濾波器Sxy表示中心在（x,

y)點(diǎn)，尺寸為m×n矩形子圖像窗口坐標(biāo)；g(s,

t)是被噪聲干擾圖像，f(x,y)為恢復(fù)后圖像。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第25頁只存在噪聲圖像復(fù)原─均值濾波器各種均值濾波器適用情況對(duì)比醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第26頁只存在噪聲圖像復(fù)原─均值濾波器各種均值濾波器適用情況對(duì)比含高斯噪聲退化圖像算術(shù)均值濾波后圖像幾何均值濾波后圖像醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第27頁只存在噪聲圖像復(fù)原─均值濾波器各種均值濾波器適用情況對(duì)比含鹽噪聲退化圖像諧波均值濾波后圖像逆諧波均值濾波后圖像Q=-1.5醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第28頁只存在噪聲圖像復(fù)原─均值濾波器各種均值濾波器適用情況對(duì)比含胡椒噪聲退化圖像諧波均值濾波后圖像“不適合處理胡椒噪聲”逆諧波均值濾波后圖像Q=1.5醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第29頁只存在噪聲圖像復(fù)原─次序統(tǒng)計(jì)濾波器醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第30頁只存在噪聲圖像復(fù)原─次序統(tǒng)計(jì)濾波器各種次序統(tǒng)計(jì)濾波器適用情況對(duì)比醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第31頁只存在噪聲圖像復(fù)原─次序統(tǒng)計(jì)濾波器各種次序統(tǒng)計(jì)濾波器適用情況對(duì)比含椒鹽噪聲退化圖像第一次中值濾波后圖像第二次中值濾波后圖像醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第32頁只存在噪聲圖像復(fù)原─次序統(tǒng)計(jì)濾波器各種次序統(tǒng)計(jì)濾波器適用情況對(duì)比含鹽噪聲退化圖像最小值濾波后圖像最大值濾波后圖像“不適合用于鹽噪聲”醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第33頁只存在噪聲圖像復(fù)原─次序統(tǒng)計(jì)濾波器各種次序統(tǒng)計(jì)濾波器適用情況對(duì)比含胡椒噪聲退化圖像最小值濾波后圖像“不適合用于胡椒噪聲”最大值濾波后圖像醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第34頁只存在噪聲圖像復(fù)原─自適應(yīng)濾波器自適應(yīng)濾波器能夠依據(jù)被濾波區(qū)域圖像特征自適應(yīng)地進(jìn)行濾波。自適應(yīng)中值濾波算法工作在兩個(gè)層面，表示為levelA和levelB：levelA：若zmin<zmed<zmax，則轉(zhuǎn)向levelB不然增加掩模尺寸若掩模尺寸<Smax，重復(fù)levelA

不然輸出zmed

levelA用于排除zmed為脈沖噪聲情況醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第35頁只存在噪聲圖像復(fù)原─自適應(yīng)濾波器levelB：若zmin<zxy<zmax，則輸出zxy不然輸出zmed

levelB用于排除zxy為脈沖噪聲情況，若zxy為脈沖噪聲，則輸出zmed，不然輸出圖像原值。自適應(yīng)濾波效果好于中值濾波，它去噪特征和中值濾波差不多，但卻不像中值濾波會(huì)造成圖像顯著含糊。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第36頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲考慮以下一幅被正弦噪聲干擾圖片：醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第37頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲帶阻濾波器：上圖從左至右分別為理想帶阻濾波器，巴特沃思帶阻（1階）和高斯帶阻濾波器透視圖。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第38頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲2階巴特沃斯帶阻濾波器醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第39頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲帶通濾波器：慣用于取得對(duì)頻域沖擊噪聲預(yù)計(jì)。醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第40頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲2階巴特沃斯帶通濾波器醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第41頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲陷波器：

半徑為D0，中心在（U0，V0）且在（－U0，－V0）對(duì)稱理想陷波濾波器傳遞函數(shù)為：醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第42頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲理想陷波器：

醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第43頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲階數(shù)為n巴特沃思陷波濾波器傳遞函數(shù)：

醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第44頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲高斯陷波濾波器傳遞函數(shù)：

醫(yī)學(xué)圖像處置圖像復(fù)原專家講座第45頁只存在噪聲圖像復(fù)原─頻域?yàn)V除周期噪聲2階巴特沃斯