圖像的降噪的原理及應(yīng)用

李盛群，閆毛毛

西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610031

圖像在采集、傳輸、接收過程，均處在復(fù)雜的外部環(huán)境中，存在各種干擾，一般都會(huì)受到噪聲的影響，繼而影響到輸入、輸出環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，不止會(huì)導(dǎo)致圖像的分辨率降低，同時(shí)圖像原本精細(xì)的結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到破壞，這樣對(duì)于圖像的后續(xù)處理時(shí)極為不利的，因而有效的抑制噪聲，對(duì)于圖像的應(yīng)用有著至關(guān)重要的作用。[1]本文主要介紹降噪的原理及PHOTOSHOP中常用的降噪濾鏡。

1 噪聲產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生噪聲一般有內(nèi)、外兩種原因，外因一般是指由自然物體產(chǎn)生的電磁干擾或經(jīng)電源竄進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部而引起的噪聲，例如天體放電現(xiàn)象、電器設(shè)備引起的噪聲等；內(nèi)因則包括：1）光電粒子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；2）電器內(nèi)部的機(jī)械運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電路抖動(dòng)，引起電流變化，從而產(chǎn)生噪聲；3）系統(tǒng)內(nèi)部電路引起的噪聲，例如電流引入的交流噪聲、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)引起的噪聲等；4）材料器械本身引起的噪聲，盡管隨著材料科學(xué)的發(fā)展，這些噪聲有望減少，但是完全避免是不可能的。

2 常見噪聲分類

圖像噪聲如果從統(tǒng)計(jì)理論分類，可以分為平穩(wěn)噪聲和非平穩(wěn)噪聲兩類，前者其統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化而變化，后者則相反。按噪聲幅度分可分為4類：1）椒鹽噪聲（脈沖噪聲）2）指數(shù)分布噪聲；3）瑞麗噪聲；4）正態(tài)噪聲（高斯噪聲）。根據(jù)噪聲源可分為兩類：1）光電子噪聲；2）電子噪聲。

3 降噪的基本原理

圖像降噪的目的是調(diào)高提高圖像的信噪比，使圖像的應(yīng)用特征突出。對(duì)于一副圖像，圖像信號(hào)和噪聲信號(hào)的能量在頻域上分布是不同的，其中噪聲能量主要分布在高頻區(qū)域，而圖像能量主要分布在低頻區(qū)域，基于這一點(diǎn)我們可以分離噪聲。[2]一般情況下，采用平滑濾波器對(duì)圖像進(jìn)行降噪處理。濾波的本義是指信號(hào)有各種頻率之分，過濾掉不需要的成分，即圖像中的噪聲，保留下需要的成分，這就是濾波的目的，也是過程。平滑濾波是指低頻增強(qiáng)的空間域?yàn)V波技術(shù)。它的目的有兩類，第一，對(duì)圖像進(jìn)行模糊；第二，消除圖像噪聲。平滑濾波一般采用平均值法進(jìn)行，即求鄰近像素點(diǎn)的平均亮度值，鄰域越大，自然平滑效果越好，但是引起圖像模糊的程度也越大，因此采用中值濾波降噪時(shí)需要合理選擇鄰域值。

常用的平滑濾波器包括下面幾種：

1）均值濾波器

（1）算數(shù)均值濾波器 此種濾波器能夠簡單的平滑圖像，但是同時(shí)也使圖像變得模糊；

（2）幾何平均值濾波器 此種濾波器可以達(dá)成與算數(shù)均值濾波器相似的平滑程度，值得稱許的是能夠降低圖像細(xì)節(jié)的損失；

（3）逆波均值濾波器 此種濾波器主要用來處理椒鹽噪聲，缺點(diǎn)是無法同時(shí)處理兩種噪聲。

2）順序統(tǒng)計(jì)濾波器

（1）中值濾波器 此種濾波器對(duì)隨機(jī)噪聲能夠很好的去噪，且相對(duì)于同尺寸的平滑濾波器而言，其引起的模糊小；

（2）最值濾波器 這種濾波器的特點(diǎn)是能夠很好的處理椒鹽噪聲；

（3）中點(diǎn)濾波器 這種濾波器結(jié)合了平均值濾波器和順序值濾波器兩者的優(yōu)點(diǎn)，比較適合用來處理均勻隨機(jī)分布噪聲和高斯噪聲。

（4）修正后的α均值濾波器 這種濾波器適合處理復(fù)合型噪聲。

4 PHOTOSHOP中降噪濾鏡的應(yīng)用

這里主要介紹PHOTOSHOP雜色濾鏡組下的減少雜色濾鏡。

該濾鏡可以根據(jù)圖像的特點(diǎn)設(shè)定不同的參數(shù)，滿足不同風(fēng)格圖像的降噪。該濾鏡的參數(shù)設(shè)置很重要，如果設(shè)置得當(dāng)則能有效減少圖像噪聲，提高圖像的可利用性，但是如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，則很可能使圖像細(xì)節(jié)大幅度減少，從而降低圖像質(zhì)量。下面就減少雜色濾鏡的各個(gè)參數(shù)各作分析。

1）基本、高級(jí)單選框

其中基本單選框?qū)D像是做整體降噪處理，操作簡單易行，但是實(shí)際上雜色在各個(gè)通道的分布是不同的，所以整體調(diào)整雖簡單易行，但是不易細(xì)調(diào)。高級(jí)單選框中又有兩個(gè)選項(xiàng)，其中整體選項(xiàng)和基本單選框出來的效果相同，而一般要進(jìn)行細(xì)調(diào)，則應(yīng)該選擇每通道選項(xiàng)，分別調(diào)整其降噪強(qiáng)度和保留細(xì)節(jié)，一般情況下雜色多集中在藍(lán)色通道，所以藍(lán)色通道的降噪強(qiáng)度一般比較大。

2）強(qiáng)度

強(qiáng)度是減少雜色濾鏡的總閥，其值越大，刪除的雜色也越多，但是如果值設(shè)置的過大，真正的細(xì)節(jié)可能被刪除，所以在設(shè)置該值時(shí)應(yīng)根據(jù)圖像盡量設(shè)置一個(gè)合理的值，在降噪的同時(shí)能夠保留細(xì)節(jié)。

3）保留細(xì)節(jié)

該值是在減少雜色的同時(shí)盡量保留原圖的細(xì)節(jié)，可以看出保留細(xì)節(jié)和強(qiáng)度選項(xiàng)是可以相互作用的。

4）減少雜色

該選項(xiàng)是將原來是中性色背景中的污點(diǎn)消除，該值設(shè)置越大，污點(diǎn)消除越多。

5）銳化細(xì)節(jié)

因?yàn)樵诮翟脒^程中或多或少會(huì)導(dǎo)致圖像模糊，該選項(xiàng)是對(duì)圖像進(jìn)行銳化，來減少降噪對(duì)圖像的模糊程度。

6）移去JPEG的不自然

該值是消除因?yàn)镴PEG壓縮所帶來的雜色，但是實(shí)際上這種消除雜色有時(shí)候會(huì)帶來新的雜色，所以必須根據(jù)圖片特點(diǎn)自己選擇是否要勾上該選項(xiàng)。

[1]孫東寧，張麗，閆朝文.基于小波變換的圖像降噪技術(shù)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2010.

[2]李旭超，朱善安.小波域圖像降噪概述[J].中國圖像圖形學(xué)報(bào)，2006.