圖像的混合噪聲消除系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

鄭瑞麗，李 鈺，吳雅欣，李朋明

（河南師范大學(xué)，河南 新鄉(xiāng) 453007）

圖像是人類感知外部世界的視覺(jué)基礎(chǔ)，也是獲取、表達(dá)、傳遞信息的重要途徑。研究調(diào)查表明，人類接收的信息中圖像信息高達(dá)75%。由于在圖像的傳送和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)造成圖像的模糊、失真、有噪聲等情況，但在許多領(lǐng)域又要求清晰度較高的圖像，因此圖像去噪具有重要的意義。去噪是圖像處理領(lǐng)域重要的課題，由于科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，圖像去噪技術(shù)日益得到完善[1]。本系統(tǒng)主要為了觀察圖像在添加椒鹽和高斯噪聲之后，運(yùn)用五大類方法，13種具體算法進(jìn)行相應(yīng)的去噪處理。

本系統(tǒng)主要模塊包括空域?yàn)V波方法、頻域?yàn)V波方法、維納濾波、均值算法以及優(yōu)化算法。

其中，空域?yàn)V波方法和頻域?yàn)V波方法的去噪處理都比較普遍，對(duì)于每一種算法又細(xì)分為添加高斯噪聲、椒鹽噪聲、高斯椒鹽混合噪聲3個(gè)方面，更加細(xì)致條理地對(duì)圖像進(jìn)行處理，方便用戶對(duì)比觀察。

對(duì)于觀察細(xì)微的部分，人眼一般無(wú)法識(shí)別圖像的區(qū)別。于是對(duì)某些處理結(jié)果添加數(shù)值分析，根據(jù)數(shù)值分析的大小可以直觀了解到去噪的效果，使用戶觀察研究更加快捷簡(jiǎn)便。

1 運(yùn)行軟件和運(yùn)行環(huán)境

運(yùn)行軟件：圖像的混合噪聲消除系統(tǒng)采用Matlab7.0或其以上版本，多平臺(tái)支持并且具有較低的硬件要求，因此可以確保實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能。

運(yùn)行環(huán)境：可運(yùn)行于Windows98，Windows2000，Windows XP，Windows7，Window8 等操作系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖像的混合噪聲消除系統(tǒng)的特點(diǎn)，將系統(tǒng)分成6個(gè)重要部分，即空域?yàn)V波、頻域?yàn)V波、維納濾波、均值算法、優(yōu)化算法。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)提供簡(jiǎn)潔明了的用戶界面，給用戶良好的使用視覺(jué)環(huán)境，操作流程簡(jiǎn)單易懂，為使用者提供了便利，提高并改善了工作效率。用戶界面如圖2所示。

3 核心算法分析

3.1 空域?yàn)V波

空域?yàn)V波[2]方法去噪處理比較普遍，對(duì)于每一種算法又細(xì)分為添加高斯噪聲、椒鹽噪聲、高斯椒鹽混合噪聲3個(gè)方面，更加細(xì)致條理地對(duì)圖像進(jìn)行處理，方便用戶對(duì)比觀察。包含3種算法：“平滑濾波器”“中值濾波去噪”和“自適應(yīng)濾波去噪”。

空域?yàn)V波是基于鄰域處理的實(shí)現(xiàn)濾波的方法，模板運(yùn)算為最常見的運(yùn)算：把某個(gè)像素的灰度值和相鄰像素灰度值的函數(shù)，通過(guò)不同的模板，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像平滑、銳化的功能。圖像平滑又分為線性平滑和非線性平滑。

3.2 頻域?yàn)V波

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

圖2 用戶界面

頻域?yàn)V波方法的去噪處理也比較普遍。為了使圖像的頻率分布發(fā)生改變從而實(shí)現(xiàn)濾波，頻域?yàn)V波在不影響其他分量的基礎(chǔ)上抑制某個(gè)范圍內(nèi)的分量。步驟為：（1）對(duì)一幅圖像進(jìn)行傅里葉變換，圖像中低頻和高頻部分分別對(duì)應(yīng)平滑的灰度分量和有灰度級(jí)的突發(fā)改變標(biāo)志的分量。（2）與轉(zhuǎn)移函數(shù)相乘，利用低通、高通濾波器進(jìn)行濾波處理。（3）對(duì)結(jié)果進(jìn)行傅里葉變換得到輸出圖像。如圖3所示。

頻分濾波器的表達(dá)式為：

其中G(u,v)是輸出圖像的傅里葉變換；F(u,v)是輸入圖像的傅里葉變換；H(u,v)是轉(zhuǎn)移函數(shù)。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

該系統(tǒng)綜合了五大類方法：空域?yàn)V波方法、頻域?yàn)V波方法、維納濾波[3]、均值算法以及優(yōu)化算法。囊括了13種不同的去噪算法，對(duì)圖像添加椒鹽噪聲[4]、高斯噪聲、混合噪聲3種情況進(jìn)行了去噪處理，并數(shù)值化地體現(xiàn)出去噪效果的強(qiáng)弱。相對(duì)于普通的圖像處理軟件，本系統(tǒng)更注重于科學(xué)地對(duì)比和研究數(shù)字圖像處理方法，覆蓋面廣，處理方法多樣，觀察簡(jiǎn)單方便，處理細(xì)致入微，數(shù)值表達(dá)精確可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)系統(tǒng)綜合了五大類方法：空域?yàn)V波方法、頻域?yàn)V波方法、維納濾波、均值算法以及優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)出了這一圖像的混合噪聲消除系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多次測(cè)驗(yàn)，系統(tǒng)處理圖像方便快捷、準(zhǔn)確率高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。

圖3 頻率濾波流程

[參考文獻(xiàn)]

[1]王英，曾光宇.圖像去噪算法研究[J].電腦與信息技術(shù)，2011（4）：8-12.

[2]劉建峰，陳麗亞，戚飛虎.用小波變換進(jìn)行圖像的空域?yàn)V波─邊緣檢測(cè)與去噪[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1995（6）：132-136.

[3]張小波.基于維納濾波的圖像去噪算法研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2014.

[4]孫海英.圖像高斯噪聲及椒鹽噪聲去噪算法研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2012.