基于圖像局部特性分析和稀疏變換的圖像修復(fù)算法-研究

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1、西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁(yè)1．1研究背景第1章緒論俗話說眼睛是人類心靈的窗口，人類認(rèn)知客觀世界最為直接有效地方式就是通過視覺獲取圖像信息。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類獲取的信息約有七成以上是通過視覺獲取的，由此可見視覺信息的重要地位。圖像作為一種信息符號(hào)，有著其它信息載體不可比擬的優(yōu)勢(shì)。正如一句話所說，一幅圖像勝過千言萬(wàn)語(yǔ)。在傳達(dá)信息時(shí)，圖像與語(yǔ)言文字相比有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)就是一目了然、直觀形象。用語(yǔ)言描述一個(gè)形象或事物，即使花費(fèi)大量的口舌，聽者還是感到模模糊糊，然而用一幅圖像來展示，則變得簡(jiǎn)單明了。例如，用語(yǔ)言去準(zhǔn)確地描述一個(gè)人的外貌幾乎是不可能的，而用一張照片就變得輕

2、而易舉，見照片如見其人。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖像處理學(xué)科也迅速成長(zhǎng)，深入到各個(gè)領(lǐng)域，如航空航天、衛(wèi)星遙感、軍事偵察、生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活。圖像既然是人們?cè)谌粘Ｉ钪蝎@取外界信息的主要方式，那么圖像信息的保存和傳輸也就顯得尤為重要了。然而，在日常生活和科學(xué)研究應(yīng)用中，我們經(jīng)常會(huì)碰到一些圖像信息缺損的現(xiàn)象，它們可能會(huì)以多種方式呈現(xiàn)，如圖像破損、圖像劃痕、污漬斑點(diǎn)、部分圖像被遮擋、網(wǎng)絡(luò)傳輸丟失等等。這些現(xiàn)象都導(dǎo)致了圖像信息的不完整，破壞了整幅圖像的可讀性和美觀性。圖像修復(fù)技術(shù)就是針對(duì)這一問題，利用圖像中的已知信息，依托一定的修復(fù)準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)

3、缺損信息的重現(xiàn)，從而恢復(fù)全圖視覺上的完整性?！瘓D像修復(fù)技術(shù)起源于歐洲文藝復(fù)興時(shí)期，是一項(xiàng)古老的藝術(shù)。當(dāng)時(shí)，為了恢復(fù)美術(shù)作品中丟失或被損壞的部分，并盡力保持作品的整體效果，人們利用自己的感知力和想象力來填補(bǔ)裂縫，使畫面恢復(fù)原貌。這樣的工作完全是一種手工行為，需要由富有經(jīng)驗(yàn)的人員來處理，而且處理結(jié)果一旦形成就不可能再更改，稍有疏忽就將對(duì)珍貴的藝術(shù)瑰寶造成不可挽回的損失，因而具有相當(dāng)高的風(fēng)險(xiǎn)。近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，世界日益呈現(xiàn)數(shù)字化，許多珍貴的文物國(guó)畫、檔案文件或圖片等，都可以通過掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，形成數(shù)字圖像長(zhǎng)期保存。這樣的情況下，利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行

4、圖像修復(fù)，就避免了對(duì)實(shí)物直接修復(fù)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了大量的人力物力和財(cái)力，而且可以進(jìn)行反復(fù)的修復(fù)直到達(dá)到滿意的效果。在2000年新加坡的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上，M．Bertalmio等人首次提出了數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)的概念【l】。數(shù)字圖像修復(fù)是指對(duì)那些局部數(shù)據(jù)信息完全丟失的圖像進(jìn)行修補(bǔ)，以恢復(fù)其完整性和原有的視覺效果，并使觀察者無法覺察到圖像曾經(jīng)缺損或己被修復(fù)。由至室耋翌查耋至圭墼耋蘭莖簍簍蘭蘭：霍于該技術(shù)不需要直接處理原作，可以根據(jù)需求反復(fù)調(diào)整，最終再確定采用何種修復(fù)方法，因此安全可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值。1．2目的與意義圖像修復(fù)就是重構(gòu)圖像中缺少或者損壞的部分，以達(dá)到恢復(fù)圖

5、像完整性的目的。在現(xiàn)今的數(shù)字時(shí)代，數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)已成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，在古文物壁畫保護(hù)ll卅、動(dòng)態(tài)影像特技制作11,2,7-91、多余目標(biāo)物體剔除(如視頻或圖像中刪除部分物體、文字、小標(biāo)題等)11,2,7,9-161、圖像編碼和壓縮【2”1、圖像縮放及超分辨率分析[2：S-201、圖像無線傳輸和視頻通信中的誤差隱匿121．221等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)有很高的應(yīng)用價(jià)值及研究意義，具體來說主要有以下幾個(gè)方面：m保護(hù)古文物字畫II叫這是數(shù)字圖像修復(fù)的原始目標(biāo)之一，它能夠修復(fù)有損傷的珍貴藝術(shù)作品。由于年代久遠(yuǎn)或人為的破壞

6、，大量珍貴文物都不可避免地出現(xiàn)破損，例如永樂宮的壁畫，西藏的唐卡等具有高度藝術(shù)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值的古文物。將這些珍貴的作品掃描進(jìn)計(jì)算機(jī)后，通過數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)，只需要確定待修復(fù)的區(qū)域，計(jì)算機(jī)就可以按照指定的算法對(duì)這些珍貴的文物圖像進(jìn)行修復(fù)，而且修復(fù)效果較好，同時(shí)也避免了人工操作所帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了大量的人力物力和財(cái)力，如圖l-1。圖I-1文物字畫修復(fù)(備注：彩色圖像)(21修復(fù)照片丟失的信息‘1棚在生活中，照片圖像的破損是一種屢見不鮮的情況，例如照片被不小心折疊或劃傷，由于放置不當(dāng)受潮脫落，或者照片、膠片被污染，這時(shí)就需要數(shù)字修復(fù)技術(shù)-如圖1_2。至童耋塑奎莖至圭

7、!塞蘭耋堡堡圣堡：里茛I≥鷂◇。．，藹圖I-2照片修復(fù)r31修復(fù)因網(wǎng)絡(luò)傳輸、圖像掃描等造成的殘缺圖像在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行圖像傳輸時(shí)，如果傳輸層采用的是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)協(xié)議，且傳輸過程中發(fā)生了數(shù)據(jù)包的丟失，那么在接收端接收到的圖像就會(huì)出現(xiàn)殘缺，這種數(shù)據(jù)的丟失會(huì)直接影響到接收端圖像的質(zhì)量。為了不影響或盡可能少地影響接收到的圖像質(zhì)量，可以采用數(shù)字圖像修復(fù)技術(shù)對(duì)丟失信息的圖像進(jìn)行修復(fù)，使得接收到的圖像沒有顯示上的空白，改善其視覺效果。不僅如此，采用修復(fù)技術(shù)在接收端對(duì)傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤的塊進(jìn)行處理，可以在不增加網(wǎng)絡(luò)帶寬以及不改變?cè)型ㄐ艆f(xié)議的情況下改善接收端圖像的質(zhì)量，如圖

8、l一3。圖