逆濾波與維納濾波(二)

2022-04-08 04:57:43 字數 2654 閱讀 9388

在數學應用上,對於運動引起的影象模糊,最簡單的方法是直接做逆濾波,但是逆濾波對加性雜訊特別敏感,使得恢復的影象幾乎不可用。最小均方差(維納)濾波用來去除含有雜訊的模糊影象,其目標是找到未汙染影象的乙個估計,使它們之間的均方差最小,可以去除雜訊,同時清晰化模糊影象。

給定乙個系統

我們的目標是找出這樣的卷積函式g(t

)'>g(t)

g(t),這樣我們可以如下得到估計的x(t

)'>x(t)

x(t):g(

t)'>x(t

)'>

這裡x^(t

)'>x^(t)

x^(t)是x(t

)'>x(t)

x(t)的最小均方差估計。x^

(t)'>x(t

)'>基於這種誤差度量, 濾波器可以在頻率域如下描述:x^

維納濾波相比於逆濾波考慮了加性雜訊的影響:

上面的式子可以改寫成更為清晰的形式:

h(f)是退化函式的頻率域傅利葉變換。

是訊號雜訊比。當雜訊為零時(即訊雜比趨近於無窮),方括號內各項也就等於1,意味著此時刻維納濾波也就簡化成逆濾波過程。但是當雜訊增加時,訊雜比降低,方括號裡面值也跟著降低。這說明,維納濾波的帶通頻率依賴於訊雜比。

上面直接給出了維納濾波的表示式,接下來介紹推導過程。

上面提到,維納濾波是建立在最小均方差,可以如下表示:

這裡 e

'>e

是期望如果我們替換表示式中的x^(

f)'>x^(f)

,上面可以重新組合成:

展開二次方,得到下式:

然而,我們假設雜訊與訊號獨立無關,這樣有

並且我們如下定義功率譜

這樣我們有

為了得到最小值,我們對 g(f

)'>g(f)

g(f)求導,令方程等於零。

由此最終推出維納濾波器。

%---------------------------公式法----------------------------fourier_h_motion=fft2(h_motion,width,height);  %h(u,v)

pow_h_motion=abs(fourier_h_motion).^2; %|h(u,v)|^2noise=motion_blur_noise-motion_blur; %提取雜訊分量

fourier_noise=fft2(noise); %n(u,v) 雜訊傅利葉變換

fourier_double_gray_pic=fft2(double_gray_pic); %f(u,v)為未經過退化的

nsr=abs(fourier_noise).^2./abs(fourier_double_gray_pic).^2; %噪信比=|n(u,v)|^2/|f(u,v)|^2h_w=1./fourier_h_motion.*pow_h_motion./(pow_h_motion+nsr); %h_w(u,v)=1/h(u,v)*|h(u,v)|^2/[|h(u,v)|^2+nsr]

fourier_motion_blur_noise=fft2(motion_blur_noise); %g(u,v)

restore_with_noise=ifft2(fourier_motion_blur_noise.*h_w); %輸出頻域=g(u,v)h_w(u,v),時域為頻域傅利葉逆變換

figure(

'name

','公式法維也納濾波');

subplot(1,2,1);imshow(motion_blur_noise,);title('

運動模糊新增雜訊')

subplot(1,2,2);imshow(restore_with_noise,);title('

維也納濾波

可見在雜訊較大的時候,我們採用維納濾波消除部分雜訊的影響,能夠獲得較好的。

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