Bandelet变换在图像去噪与增强中的应用

论文摘要

小波在表示具有点奇异性的目标函数时是最优的基,但由于二维可分离小波由一维小波直接用张量积扩展得到,小波不能“最优”表示含线或者面奇异的二维图像,因此小波变换对图像去噪、增强的效果受到影响。为了克服小波变换在处理高维信号时的不足,法国学者Pennec和Mallat、Peyre等人提出了Bandelet变换,Bandelet变换提供了一种新的基于边缘的图像表示方法。对于几何正则图像,采用Bandelet基函数可以实现最稀疏表示。但由于研究人员是从压缩编码的角度来构造的Bandelet基,因此将其用于去噪处理时存在明显不足:在带噪图像中,构造Bandelet基时易受噪声系数的影响,不能对基函数方向准确定位,这大大降低Bandelet基对图像的逼近性能。论文从抑制噪声的目的出发,结合Bandelet变换思想,构造了具有抗噪性能的自适应Bandelet基（NA-Bandelet bases）。首先在带噪信号的二进剖分块内,利用软阈值函数和在SURE准则下获得的阈值T,计算出对无噪信号的逼近结果,再按照最小化逼近误差原则,寻找出二进剖分块的几何方向。然后在最小化均分误差（MMSE）的原则下合并二进剖分块,最终确定了NA-Bandelet基的方向。在此基础上,论文提出了基于NA-Bandelet基的去噪算法。首先利用NA-Bandelet基对图像进行分解,再以NA-Bandelet块为单元,计算自适应阈值并进行阈值去噪处理。对光学图像和SAR图像进行去噪和降斑处理时,其去噪、降斑效果优与基于正交小波基、Bandelet基的去噪、降斑算法,并且具有更强地边缘保持能力。针对带噪图像增强问题,论文提出了基于NA-Bandelet基的增强算法。该算法根据图像的几何特征将NA-Bandelet块分为两类:有几何方向的NA-Bandelet块和无几何方向的NA-Bandelet块,并分析了这两类NA-Bandelet块系数的不同特征,从而区分出噪声和信号、清晰边缘和脆弱边缘。在此基础上提出了一种新的增强函数,在抑制噪声的同时,增强较弱细节并保护图像中的清晰边缘不失真。实验结果同样表明,与传统的图像增强算法相比,该算法在抑制噪声和放大细节特征两方面均有明显改进。论文以构建NA-Bandelet为主线,将其应用于对图像去噪与增强的处理中,并取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究的内容与意义
• 1.2 论文的内容安排
• 第2章 图像的多尺度几何分析
• 2.1 引言
• 2.2 小波变换理论
• 2.2.1 连续小波变换
• 2.2.2 离散小波变换
• 2.2.3 图像的离散小波变换
• 2.3 多尺度几何分析
• 2.3.1 自适应方法
• 2.3.2 非自适应方法
• 第3章 Bandelet变换理论
• 3.1 第一代Bandelet变换
• 3.2 第二代Bandelet变换
• 3.2.1 第二代Bandelet变换的基本理论
• 3.2.2 建立四叉树结构
• 3.2.3 Bandelet化
• 3.3 Bandelet变换在图像压缩中的应用
• 第4章 NA-Bandelet基的构建
• 4.1 小波系数和Bandelet系数的统计模型
• 4.1.1 小波系数的统计模型
• 4.1.2 Bandelet系数的统计模型
• 4.2 阈值处理问题
• 4.2.1 阈值处理函数
• 4.2.2 阈值T选取
• 4.2.3 噪声估计
• x'>4.2.4 信号方差估计σ_x
• 4.3 NA-Bandelet四叉树的构建
• 4.3.1 最佳几何方向的计算
• 4.3.2 四叉树的修剪
• 4.4 NA-Bandelet基的建立
• 第5章 基于NA-Bandelet基的图像去噪算法
• 5.1 基于小波变换的去噪算法
• 5.2 基于Bandelet基的图像去噪算法
• 5.3 基于NA-Bandelet基的图像去噪算法
• 5.3.1 算法的描述
• 5.3.2 光学图像和SAR图像质量评估指标的介绍
• 5.3.3 试验结果与分析
• 5.4 本章小节
• 第6章 基于NA-Bandelet基的图像增强算法
• 6.1 基于小波变换图像增强算法的描述
• 6.2 基于NA-Bandelet基的图像增强算法
• 6.2.1 图像增强质量评价
• 6.2.2 算法的描述
• 6.2.3 试验结果与分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文