图像复原基本原理

图像处理中的图像复原算法综述与比较图像复原是图像处理中一个重要的领域，主要目标是通过一系列的数学和算法方法来恢复损坏、模糊、噪声干扰等情况下的图像。

图像复原算法旨在提高图像质量，使图像在视觉上更加清晰、可辨识。

本文将综述图像处理中的图像复原算法，并对这些算法进行比较。

1. 经典算法1.1 均值滤波均值滤波是一种最简单的图像复原算法，其基本原理是用一个滑动窗口在图像上进行平均值计算，然后用平均值代替原像素值。

均值滤波的优点是简单易实现，但对于噪声较多的图像效果较差。

1.2 中值滤波中值滤波是一种非线性滤波算法，常用于去除椒盐噪声。

其基本原理是用滑动窗口中像素的中值代替原像素值。

中值滤波适用于去除随机噪声，但对于模糊图像的复原效果不佳。

1.3 Sobel算子Sobel算子是基于图像边缘检测的算法，常用于图像增强。

Sobel算子通过计算像素点的梯度值来检测边缘。

边缘检测可以使图像的边缘更加清晰，但对于图像的整体复原效果有限。

2. 基于模型的方法2.1 傅里叶变换傅里叶变换是一种基于频域的图像处理方法，将图像从空间域转换到频域，通过频域滤波降低噪声。

傅里叶变换适用于周期性噪声的去除，但对于非周期性噪声和复杂噪声的去除效果有限。

2.2 小波变换小波变换是一种多尺度分析方法，将图像分解为不同尺度的频率成分。

通过舍弃高频噪声成分，然后将分解后的图像重构，实现图像复原。

小波变换适用于复杂噪声的去除，但对于图像的细节保留较差。

2.3 倒谱法倒谱法是一种基于线性预测的图像复原算法，通过分析图像的高阶统计特性实现噪声的去除。

倒谱法适用于高斯噪声的去噪，但对于非高斯噪声的复原效果有限。

3. 基于深度学习的方法3.1 卷积神经网络（CNN）卷积神经网络是一种广泛应用于图像处理的深度学习方法，通过多层卷积和池化操作提取图像的特征，进而实现图像的复原和增强。

CNN适用于各种噪声和模糊情况下的图像复原，但需要大量的训练数据和计算资源。

什么叫图像复原？与图像增强有什么区别？
图像复原
常用图像变换算法：
（1）逆滤波；
（2）维纳滤波（Wiener Filter）；
（3）盲卷积
22、什么叫图像复原？与图像增强有什么区别？
图像在形成、传输和记录中，由于成像系统、传输介质和设备的不完善，导致图像质量下降，这一现象称为图像退化。

图像复原和图像增强是有区别的，虽然二者的目的都是为了改善图像的质量，但图像增强不考虑图像是如何退化的，只通过试探各种技术来来增强图像的视觉效果。

因此，图像增强可以不顾增强后的图像是否失真，只要看着舒服就行。

而图像复原则完全不同，需知道图像退化的机制和过程等先验知识，据此找出一种相应的逆过程解算方法，从而得到复原的图像。

如果图像已退化，应先做复原处理，再做增强处理。

23、说出几种图像退化：
图像模糊、失真、有噪声等
24、什么是维纳滤波器？
是一种以最小平方为最优准则的线性滤波器，在一定的约束条件下，其输出与给定函数的差的平方达到最小，通过数学运算最终可变为可变为一个拖布列兹方程的求解问题，是利用平稳随机过程的相关特性和频谱特性混有噪声的信号进行滤波。

25、说出几种常用的图像复原方法？
代数恢复方法：无约束复原；约束最小二乘法
频域恢复方法：逆滤波恢复法；去除由均匀运动引起的模糊；维纳滤波复原法
图像压缩编码
常用图像变换算法：。

图像复原引言：随着科技的迅速发展，数字图像处理成为了一门独立的学科，其中图像复原是其中一个重要的研究领域。

图像复原的目标是通过对损坏的图像进行修复和恢复，以获得更清晰和更精确的图像。

通过图像复原技术，人们可以在医学影像、监控图像、卫星图像、摄影作品等领域中得到更好的图像质量和视觉效果。

一、图像复原的意义图像复原技术对现代社会来说具有重要意义。

在医学领域，医生可以通过对恢复后的医学影像进行分析和研究，提高诊断的准确性。

在监控领域，清晰的图像可以更好地帮助警方破案、预防犯罪。

在卫星图像领域，图像复原技术可以帮助科学家们更准确地观察天气变化、地质特征等。

而在摄影作品领域，图像复原技术可以提高摄影师的作品质量，带来更好的视觉享受。

二、图像复原的挑战图像复原是一项具有挑战性的任务，主要由以下因素导致：1. 噪声：在图像采集过程中，噪声是不可避免的。

噪声会降低图像的质量，影响后续的图像复原。

2. 失真：图像损坏或失真是图像复原的主要障碍之一。

常见的图像失真包括模糊、伪影、亮度不均匀等。

3. 缺失信息：有时候，图像可能存在部分缺失的情况，需要通过图像复原技术来填补缺失的信息。

4. 高维度数据：随着技术的发展，现代图像变得越来越高维度。

复原高维度图像比低维度图像更具挑战性。

三、图像复原的方法图像复原的方法主要分为：1. 经典方法：经典图像复原方法通常基于统计学原理和信号处理技术，如均值滤波、中值滤波、Wiener滤波等。

这些方法简单且效果明显，在一些应用场景中仍然得到广泛使用。

2. 基于模型的方法：基于模型的方法通过对图像的潜在模型进行建模和分析，提供更高质量的图像复原效果。

这些方法通常基于数学模型，如稀疏表示、小波变换等，来描述和恢复图像的特征和结构。

3. 机器学习方法：近年来，随着机器学习的兴起，越来越多的图像复原方法开始采用深度学习技术，如卷积神经网络(CNN)。

机器学习方法通过训练大量图像数据集，来学习复原图像的模式和特征，从而得到更准确和鲁棒的图像复原结果。

图像复原1.背景介绍图像复原是图像处理的一个重要课题。

图像复原也称图像恢复，是图像处理的一个技术。

它主要目的是改善给定的图像质量。

当给定一幅退化了的或是受到噪声污染的图像后，利用退化现象的某种先验知识来重建或恢复原有图像是复原处理的基本过程。

可能的退化有光学系统中的衍射，传感器非线性畸变，光学系统的像差，摄影胶片的非线性，打气湍流的扰动效应，图像运动造成的模糊及集合畸变等等。

噪声干扰可以有电子成像系统传感器、信号传输过程或者是胶片颗粒性造成。

各种退化图像的复原可归结为一种过程，具体地说就是把退化模型化，并且采用相反的过程进行处理，以便恢复出原图像。

文章介绍图像退化的原因，直方图均衡化及几种常见的图像滤波复原技术，以及用MATLAB实现图像复原的方法。

2.实验工具及其介绍2.1实验工具MATLAB R2016a2.2工具介绍MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。

使之更利于非计算机专业的科技人员使用。

而且这种语言可移植性好、可拓展性极强。

MATLAB具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。

高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。

新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB 同样表现了出色的处理能力。

同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。

3.图像复原法3.1含义图像复原也称图像恢复，是图像处理中的一大类技术。

所谓图像复原，是指去除或减在获取数字图像过程中发生的图像质量下降（退化）这些退化包括由光学系统、运动等等造成图像的模糊，以及源自电路和光度学因素的噪声。

PS几种处理模糊照片变清晰的方法在数字图像处理中，模糊是指图像中的细节和清晰度受到损失或缺失，而变清晰则是通过一系列算法和方法来恢复或增强图像的细节和清晰度。

以下是几种常见的处理模糊照片的方法：1.图像复原图像复原是一种通过数学模型来恢复图像本质的方法。

其主要原理是假设图像损失是由于模糊过程引起的并通过逆过程将原始图像恢复出来。

图像复原的方法包括盲复原、非盲复原和统计复原等。

其中，非盲复原需要预先知道模糊函数和噪声的统计特性，而盲复原则是在不知道这些信息的情况下进行复原。

2.图像增强图像增强是指通过算法和方法提高图像的视觉质量，以便更好地观察和分析图像。

模糊图像可以通过图像增强来增强其细节和清晰度。

常用的图像增强方法包括直方图均衡化、对比度增强、锐化增强和自适应滤波等。

直方图均衡化可以通过分布像素的亮度来增强图像对比度，从而提高图像的清晰度；对比度增强则可以通过增加图像中不同区域之间的灰度差异来增强图像的细节；锐化增强则是通过增加图像中的高频成分来增强图像的细节和轮廓；自适应滤波则可以根据图像的局部特征来选择合适的滤波器进行滤波操作，从而提高图像的清晰度。

3.图像去模糊图像去模糊是一种通过算法和方法从模糊图像中恢复出尽可能多的图像细节的方法。

常见的去模糊方法包括基于盲复原算法的去模糊、基于边缘保持的去模糊和基于深度学习的去模糊等。

基于盲复原算法的去模糊可以通过建立图像复原的数学模型来恢复图像的细节和清晰度；基于边缘保持的去模糊则是通过保持图像中的边缘信息来增强图像的细节和清晰度；基于深度学习的去模糊则是通过训练神经网络来学习并恢复图像的细节和清晰度。

4.图像超分辨率重建图像超分辨率重建是一种通过算法和方法从低分辨率图像中恢复出高分辨率图像的方法。

它利用图像中的统计特性和先验知识来恢复图像的细节和清晰度。

常见的超分辨率重建方法包括基于插值的超分辨率重建、基于边缘保持的超分辨率重建、基于深度学习的超分辨率重建和基于生成对抗网络的超分辨率重建等。

图像复原知识点总结图像复原的基本原理是利用数学模型和算法，对受损图像的信息进行分析和重建。

图像复原的关键问题包括去噪、去模糊、超分辨率等，这些问题对应着图像受损的不同原因和方式。

下面将对图像复原的关键知识点进行总结和介绍。

1. 去噪图像去噪是图像复原的一个重要环节，其目的是消除图像中的噪声，提高图像的质量和清晰度。

图像的噪声主要包括加性噪声、乘性噪声、混合噪声等。

常见的去噪算法包括均值滤波、中值滤波、高斯滤波、小波变换去噪等。

这些算法能够有效地去除图像中的噪声，恢复出原始图像的细节和特征。

2. 去模糊图像模糊是指图像在传感器采集、传输过程中受到的损失，导致图像细节模糊不清。

常见的图像模糊类型包括运动模糊、模糊、退化等。

图像复原技术能够通过模型逆滤波、Wiener滤波、Lucy-Richardson算法等方法，对模糊图像进行重建，提高图像的清晰度和细节。

3. 超分辨率超分辨率是指利用一系列低分辨率图像，通过插值、重建等技术，获得高分辨率图像的过程。

超分辨率技术对图像复原具有重要意义，能够提高图像的细节和清晰度，使得图像能够更好地适应人类视觉和计算机处理。

常见的超分辨率算法包括基于插值的方法、基于优化的方法、基于深度学习的方法等。

4. 图像复原的评价指标图像复原的效果可以通过一系列评价指标来进行评估。

常见的评价指标包括峰值信噪比（PSNR）、结构相似度指标（SSIM）、均方误差（MSE）等。

这些评价指标能够客观地反映图像复原算法的性能和效果，有助于选择合适的算法和参数进行图像复原。

5. 图像复原的应用图像复原技术在图像处理领域有着广泛的应用。

例如，在医学影像领域，图像复原能够提高医学影像的质量和清晰度，有助于医生对病情进行更准确的判断和诊断。

在监控系统中，图像复原能够提高监控图像的质量，减少模糊和噪声影响，提高监控系统的可靠性和效果。

在航天航空领域，图像复原能够提高遥感图像的质量和清晰度，对地球观测、气象预测等方面有着重要的应用价值。

图像复原的名词解释图像复原是数字图像处理领域中的一个重要概念，旨在通过科学的技术手段恢复或改善被损坏的图像质量。

它在许多领域中具有广泛的应用，如医学影像、遥感图像、文化遗产保护等。

图像复原的基本目标是恢复图像本来的清晰度、细节和真实性，使其更好地适应观察者需求和实际应用。

图像在采集、传输、存储等过程中往往经历了噪声、模糊、失真等问题，使得图像质量下降，难以满足人们对图像的需求。

图像复原即通过信号处理的方法，利用图像本身的特征和统计学原理来消除这些问题，使得观察到的图像更接近真实。

图像复原的主要技术手段包括滤波、去噪、增强和复原等。

其中，滤波是最常见的一种方法，其基本思想是通过选择性地传递或抑制不同频率的信号成分来实现图像质量的改善。

常见的滤波方法有线性滤波、非线性滤波等。

线性滤波适用于处理噪声较小、失真较轻的图像，通过卷积运算对图像进行平滑或边缘增强；非线性滤波则可以更好地适用于噪声较强、失真较严重的图像，其基本原理是根据图像统计特性对像素值进行调整，以实现去噪和增强效果。

图像去噪是图像复原中的一个重要环节，旨在消除图像中的噪声干扰，使得图像清晰可见。

噪声是由于图像捕捉、传输等过程中引入的随机干扰，使图像变得模糊不清、细节不明显。

图像去噪技术主要有空域方法和频域方法。

空域方法一般通过滑动窗口或邻域平均来对图像进行平滑处理，从而消除噪声。

频域方法则是将图像转换到频域进行处理，如利用傅里叶变换或小波变换等，通过滤波、阈值处理等操作实现图像的去噪。

图像增强是另一个重要的图像复原技术，其目标在于通过调整图像的对比度、亮度、颜色饱和度等参数，提高图像的视觉效果和观感。

图像增强可以分为直方图增强、空域增强和频域增强等方法。

直方图增强是根据图像的灰度直方图进行操作，通过拉伸直方图的动态范围，改变图像灰度分布来改善图像质量。

空域增强则是直接在像素级别上进行操作，如对比度拉伸、亮度调整、局部增强等。

而频域增强则是将图像转换到频域进行处理，如滤波、锐化等操作，来增强图像的视觉效果。

南京工程学院通信工程学院实验报告课程名称数字图像处理C实验项目名称实验三图像的复原实验班级算通111 学生姓名夏婷学号 208110408 实验时间 2014年5月5日实验地点信息楼C322实验成绩评定指导教师签名年月日实验三、图像的恢复一、实验类型：验证性实验二、实验目的1. 掌握退化模型的建立方法。

2. 掌握图像恢复的基本原理。

三、实验设备：安装有MATLAB 软件的计算机四、实验原理一幅退化的图像可以近似地用方程g=Hf+n 表示，其中g 为图像，H为变形算子，又称为点扩散函数（PSF ），f 为原始的真实图像，n 为附加噪声，它在图像捕获过程中产生并且使图像质量变坏。

其中，PSF 是一个很重要的因素，它的值直接影响到恢复后图像的质量。

I=imread(‘peppers.png’);I=I(60+[1:256],222+[1:256],:);figure;imshow(I);LEN=31;THETA=11;PSF=fspecial(‘motion’,LEN,THETA);Blurred=imfilter(I,PSF,’circular’,’conv’);figure;imshow(Blurred);MATLAB 工具箱中有4 个图像恢复函数，如表3-1 所示。

这4 个函数都以一个PSF 和模糊图像作为主要变量。

deconvwnr 函数使用维纳滤波对图像恢复，求取最小二乘解，deconvreg 函数实现约束去卷积，求取有约束的最小二乘解，可以设置对输出图像的约束。

deconvlucy 函数实现了一个加速衰减的Lucy-Richardson 算法。

该函数采用优化技术和泊松统计量进行多次迭代。

使用该函数，不需要提供有关模糊图像中附加噪声的信息。

deconvblind 函数使用的是盲去卷积算法，它在不知道PSF 的情况下进行恢复。

调用deconvblind 函数时，将PSF 的初值作为一个变量进行传递。

数字图像处理实验——图像恢复班级：信息10—1姓名：张慧学号：36实验四、图像复原一、实验目的1了解图像退化原因与复原技术分类化的数学模型；2熟悉图像复原的经典与现代方法；3热练掌握图像复原的应用；4、通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的图像复原。

二、实验原理：图像复原处理是建立在图像退化的数学模型基础上的，这个退化数学模型能够反映图像退化的原因。

图像的退化过程可以理解为施加于原图像上的运算和噪声两者联合作用的结果，图像退化模型如图1所示，可以表示为：g ( x, y ) H [ f ( x, y )] n( x, y ) f ( x, y )h( x, y ) n( x, y) （1）图1 图像退化模型(1)在测试图像上产生高斯噪声lena图-需能指定均值和方差；并用滤波器（自选）恢复图像；噪声是最常见的退化因素之一，也是图像恢复中重点研究的内容，图像中的噪声可定义为图像中不希望有的部分。

噪声是一种随机过程，它的波形和瞬时振幅以及相位都随时间无规则变化，因此无法精确测量，所以不能当做具体的处理对象，而只能用概率统计的理论和方法进行分析和处理。

本文中研究高斯噪声对图像的影响及其去噪过程。

①高斯噪声的产生：所谓高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。

一个高斯随机变量z的PDF可表示为：P（z）()22x pz u2σ-⎡⎤-⎢⎥⎣⎦（2）其中z代表灰度，u是z的均值，σ是z的标准差。

高斯噪声的灰度值多集中在均值附近。

图2 高斯函数可以通过不同的算法用matlab 来产生高斯噪声。

②高斯噪声对信号的影响噪声影响图像处理的输入、采集、处理的各个环节以及输出结果的全过程，在图像中加高斯噪声通常会使图像变得模糊并且会出现细小的斑点，使图像变得不清晰。

③去除高斯噪声的一些方法去除高斯噪声的方法有直方图变换，低通滤波，高通滤波，逆滤波，维纳滤波，中值滤波等。

本文应用高斯平滑滤波进行去噪处理。

图像恢复的原理图像恢复的原理是通过对损坏或有缺陷的图像进行处理和修复，使其恢复到原始的清晰和完整状态。

图像恢复是一项复杂的任务，需要利用数字信号处理、图像处理和计算机视觉等技术来实现。

图像恢复的过程可以分为几个关键步骤：观测建模、退化建模和恢复算法。

首先是观测建模。

当图像受到噪声、失真或其他损坏因素影响时，我们并不能直接观察到原始的图像。

相反，我们只能观测到受影响的图像，这个过程可以通过采集装置、传感器或其他图像获取方式来实现。

观测建模的目的是描述原始图像与观测到的图像之间的关系，通常使用数学模型来表示。

接下来是退化建模。

图像的损坏可以由多种原因引起，比如噪声、模糊、运动模糊、伪影等。

退化建模的目的是描述图像损坏的机制，并建立相应的数学模型来描述图像的退化过程。

常用的退化模型包括模糊和噪声模型等。

模糊模型用来描述由于运动模糊或光学系统的不完美引起的图像模糊现象；噪声模型用来描述由于光照条件变化、电子噪声和传感器不完美等原因引起的图像噪声。

最后是恢复算法。

图像恢复算法的关键是寻找一个适当的数学模型，并通过数学优化和计算方法来恢复原始图像。

常用的图像恢复算法包括基于滤波的方法、统计学方法、边缘保持方法等。

其中，基于滤波的方法主要通过选择适当的滤波器来降低噪声和增强图像的细节信息；统计学方法主要利用统计学原理来更好地估计和恢复图像；边缘保持方法则通过保持图像的边缘信息来减少恢复过程中的模糊现象。

在实际应用中，图像恢复一般是一个迭代的过程。

首先，通过观测建模和退化建模来描述图像的观测和退化过程；然后，利用恢复算法对观测图像进行处理和修复，得到一个初始的恢复图像；最后，通过评估恢复结果的质量和对比度，来选择是否进行进一步的迭代或优化。

总之，图像恢复是一种通过数学模型和恢复算法来修复和恢复受损图像的过程。

它可以应用于医学图像、远程成像、数字摄影等领域，并在实践中不断发展和完善。

通过不断研究和创新，图像恢复技术将会为我们提供更好的图像质量和更精确的图像分析结果。