[發(fā)明專利]基于分?jǐn)?shù)階差分加權(quán)的圖像多步殘差反饋迭代濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210145403.6
• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102810202A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張軍;肖亮;韋志輝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域中圖像噪聲抑制的濾波技術(shù)，特別是一種基于分?jǐn)?shù)階差分加權(quán)的圖像多步殘差反饋迭代濾波方法。?

背景技術(shù)

圖像在采集、傳輸和顯示過程中，不可避免地會產(chǎn)生噪聲污染，噪聲抑制是圖像分割、識別與目標(biāo)檢測等許多圖像后續(xù)過程的預(yù)處理過程。而在一些應(yīng)用領(lǐng)域，例如在醫(yī)學(xué)和遙感圖像處理中，圖像強(qiáng)、弱邊緣的檢測以及紋理分析都是重要的圖像分析手段，因此在抑制噪聲的同時有效保持圖像的邊緣、紋理等結(jié)構(gòu)非常重要。?

???目前,國際上關(guān)于抑制噪聲過程中的圖像細(xì)節(jié)保持問題已有許多研究。2004年,?Chamolle提出的全變差濾波的快速投影迭代算法（Chambolle?A.?An?algorithm?for?total?variation?minimization?and?applications.?Journal?of?Mathematical?Imaging?and?Vision,?2004，20(1)：89-97）計算量小，收斂速度快，能夠較好地保持圖像的邊緣,?但是容易出現(xiàn)邊緣階梯效應(yīng),?紋理等細(xì)節(jié)信息丟失嚴(yán)重。雖然非局部TV正則化方法（Bresson,?X.?A?short?note?for?nonlocal-TV?minimization.?June?2009,?technical?report）可以較好地保持圖像紋理細(xì)節(jié)，但這種方法計算量較大。Osher等人提出的迭代正則化方法（S.?Osher,?M.?Burger?et?al.?An?Iterative?Regularization?Method?for?Total?Variation?Based?Image?Restoration.?Multiscale?Modeling?and?Simulation,?2005,4(2):?460-489)可以較好地保持圖像的細(xì)節(jié)，并且計算量較小，因此受到了很大的關(guān)注。該方法實際上是一種單步殘差反饋迭代濾波方法，在迭代過程中，殘差圖像（即在濾波過程中被去掉的部分）中的圖像紋理等細(xì)節(jié)信息包括噪聲都被逐步加回到去噪圖像中去，最終所得到的迭代序列收斂到原含噪聲圖像，因此可以較好地保持圖像的紋理細(xì)節(jié)信息。然而，為了防止過多的噪聲被加回到去噪圖像中，該迭代方法必須算法收斂之前在適當(dāng)?shù)臅r候終止。然而，由于該方法收斂速度非常快，因此迭代結(jié)果對于迭代終止步的選擇非常敏感，這大大影響了該方法在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種基于分?jǐn)?shù)階差分加權(quán)的圖像多步殘差反饋迭代濾波方法。該濾波方法基于分?jǐn)?shù)階差分格式，對迭代過程中所產(chǎn)生的多幅殘差圖像進(jìn)行加權(quán)組合，并反饋到原始待去噪圖像中生成新的待去噪圖像進(jìn)行去噪，通過選擇合適的參數(shù)，所得到的迭代序列的峰值信噪比可以很穩(wěn)定地保持在一個較高的水平，可以通過經(jīng)典的迭代序列相對誤差就可以很方便地控制迭代終止條件，有利于實際應(yīng)用。該方法算法計算量小，收斂速度快，可以在去除圖像噪聲的同時，有效保持圖像的紋理等細(xì)節(jié)成分，得到具有高峰值信噪比和良好視覺效果的去噪圖像。?

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：本發(fā)明基于分?jǐn)?shù)階差分加權(quán)的圖像多步殘差反饋迭代濾波方法包括分?jǐn)?shù)階奇異性指標(biāo)計算單元、分?jǐn)?shù)階權(quán)重矩陣計算單元以及多步殘差反饋濾波單元。本方法首先在分?jǐn)?shù)階奇異性指標(biāo)計算單元中估計每個像素點對應(yīng)的分?jǐn)?shù)階奇異性指標(biāo)；然后在分?jǐn)?shù)階權(quán)重計算單元中，依據(jù)分?jǐn)?shù)階差分格式的系數(shù)計算方式生成分?jǐn)?shù)階加權(quán)系數(shù)矩陣；最后，執(zhí)行多步殘差反饋濾波單元，利用多個去噪殘差圖像的分?jǐn)?shù)階加權(quán)組合更新生成中間待去噪圖像，并對其進(jìn)行全變差濾波生成迭代去噪圖像序列，迭代收斂圖像為最終去噪圖像。?

1.1?所述的分?jǐn)?shù)階奇異性指標(biāo)計算單元,?包括如下步驟:?

?全變差濾波預(yù)處理。輸入一幅大小為的待去噪圖像，應(yīng)用全變差濾波方法得到初始濾波圖像;?

?計算殘差圖像的局部方差。計算初始?xì)埐顖D像,?逐個計算殘差圖像中像素所在局部大小為(,?為奇數(shù))窗口內(nèi)的局部方差，其計算關(guān)系為:

????????????，?

其中是殘差圖像中以為中心,?大小為的窗口。

????確定分?jǐn)?shù)階奇異性指標(biāo)分布區(qū)間。計算局部方差（）的平均值，將分?jǐn)?shù)階奇異性指標(biāo)分布區(qū)間記為，其中的取值規(guī)則為:?

(i)???當(dāng)，取；

(ii)?當(dāng)，取；

(iii)???當(dāng)，取；

其中:??為噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，由下面的經(jīng)驗估計公式進(jìn)行估計

式中為殘差圖像在Db4小波小波分解的最高頻的HH子帶小波系數(shù)的幅度中值。