彩色圖像濾波與基于四元數(shù)的彩色圖像處理方法.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)和相關(guān)硬件設(shè)備的快速發(fā)展，彩色圖像處理技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，彩色圖像處理已成為信號(hào)處理學(xué)科中的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。然而，由于彩色圖像的三個(gè)顏色通道之間存在著強(qiáng)烈的光譜聯(lián)系，所以研究彩色圖像處理技術(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮各顏色通道數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，這就使得對(duì)彩色圖像處理技術(shù)的研究比對(duì)灰度圖像復(fù)雜得多，也困難得多。 由于成像設(shè)備的不完善、傳輸信道和外界環(huán)境等原因，圖像會(huì)不可避免地被各種各樣的噪聲所干擾。因此，對(duì)于任何圖像的應(yīng)

2、用系統(tǒng)，在進(jìn)行圖像應(yīng)用和分析之前，先進(jìn)行圖像濾波和去噪是十分必要的。彩色圖像濾波技術(shù)除了用來(lái)消除噪聲、提高圖像視覺(jué)質(zhì)量外，還可以應(yīng)用到其他很多場(chǎng)合，例如電視圖像的增強(qiáng)、藝術(shù)畫(huà)的修復(fù)、彩色圖像增強(qiáng)和銳化、彩色邊緣檢測(cè)、彩色圖像插值等等。所以對(duì)彩色圖像濾波的研究不僅具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用意義，而且還具有重要的理論意義。 然而，關(guān)于這個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外很少有專著系統(tǒng)地總結(jié)和介紹其理論方法和發(fā)展現(xiàn)狀?；诖耍菊撐牡哪繕?biāo)就是研究彩色圖像濾波的新理論

3、和新方法，同時(shí)系統(tǒng)地總結(jié)已有的關(guān)于彩色圖像濾波和去噪的理論和方法。 首先，本論文系統(tǒng)地總結(jié)了彩色圖像濾波的研究現(xiàn)狀和現(xiàn)有的理論方法，并對(duì)它們進(jìn)行了分類。然后，提出了作者關(guān)于這個(gè)領(lǐng)域的一系列研究成果和新的思想方法。接著，作為彩色圖像濾波技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用，提出了一個(gè)新穎的、基于彩色圖像濾波技術(shù)的圖像插值的新思想。最后，提出了二個(gè)基于四元數(shù)理論的彩色圖像濾波的思想方法，并分析了四元數(shù)奇異值分解和主成份分析在彩色圖像處理中的應(yīng)用。

4、為了高效地檢測(cè)彩色圖像中的沖擊噪聲，本論文提出了四個(gè)方向算子及利用這四個(gè)算子去檢測(cè)沖擊噪聲的方法，這種方法在濾波性能和執(zhí)行效率上都勝過(guò)目前流行的算法。結(jié)合該噪聲檢測(cè)機(jī)制和其他彩色圖像處理技術(shù)，研究出了一些高性能的彩色圖像濾波算法。 根據(jù)人類心理和視覺(jué)感知，即使在相同的條件下，不同距離的像素對(duì)中心像素的影響是不同的?；诖耍菊撐奶岢隽艘粋€(gè)空間距離加權(quán)公式，它能夠?qū)⑦@種由于不同距離造成的影響量化。通過(guò)應(yīng)用這個(gè)距離加權(quán)公式，研究出了

5、幾個(gè)基于空間距離加權(quán)的矢量濾波算法。 由于圖像邊緣、細(xì)節(jié)等的非確定性，使得人們很難精確地區(qū)分這些邊緣細(xì)節(jié)像素和噪聲，而模糊理論正好能適應(yīng)這些非確定性，所以本論文還提出了一種新穎高效的、用于去除沖擊噪聲的思想方法，即組合開(kāi)關(guān)機(jī)制和自適應(yīng)加權(quán)的濾波器框架。利用這個(gè)框架，研究出了幾個(gè)高效的彩色圖像濾波算法。 作為彩色圖像濾波技術(shù)一個(gè)應(yīng)用，論文還提出了一個(gè)基于矢量濾波技術(shù)的彩色圖像插值方法。新的方法克服了現(xiàn)有彩色圖像插值算法的不

6、足，顯著地提高了彩色圖像插值的性能和效果。 好的數(shù)學(xué)工具是研究彩色圖像的有效途徑。怎樣利用一種數(shù)學(xué)工具去有效地表示一個(gè)彩色圖像，使得它在彩色圖像處理中將彩色像素的三個(gè)部件一體化地考慮而不丟失顏色通道之間的光譜特性，是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。在這方面，四元數(shù)(Quaternion)的理論和方法或許是合適的。雖然四元數(shù)早在1843年就被提出來(lái)了，但其理論和方法直到上世紀(jì)90年代才被開(kāi)始應(yīng)用到圖像處理領(lǐng)域。在論文的最后二章，通過(guò)利用四元