收稿日期: 2018⁃10⁃09; 修回日期: 2018⁃12⁃03 基金项目: 贵州省自然科学基金资助项目(黔科合基础[2017]1047 号)
作者简介:张绘娟(1994⁃ ),女( 土家族) ,贵州思南人,硕士研究生,主要研究方向为计算机应用技术、优化计算、信号与信息处理;张达敏
(1967⁃ ) ,男(通信作者) ,贵州贵阳人,教授,博士,主要研究方向为计算机应用技术、智能算法、信号与信息处理等(1203813362@ qq. com) ;闫威
(1993⁃ ) ,男,贵州贵阳人,硕士研究生,主要研究方向为计算机应用技术、优化计算;陈忠云(1989⁃ ) ,男,贵州遵义人,硕士研究生,主要研究方向为
计算机应用技术、优化计算;辛梓芸(1994⁃ ),女,贵州铜仁人,硕士研究生,主要研究方向为计算机应用技术、优化计算.
基于改进阈值函数的小波变换图像去噪算法
∗
张绘娟, 张达敏
†
, 闫 威, 陈忠云, 辛梓芸
(贵州大学 大数据与信息工程学院, 贵阳 550025)
摘 要: 针对传统硬阈值函数在阈值处的不连续、软阈值函数中小波系数与小波估计系数之间存在的恒定偏差
问题,提出一种基于改进阈值函数的图像去噪算法。 该算法结合改进阈值函数的优点,通过设置适当的调整参数
动态选取固定阈值,增加调节因子来降低原小波系数和估计小波系数之间的恒定偏差,从而提高重构图像和原图
像的逼近程度。 改进后的阈值函数在阈值处满足连续性,同时满足函数的渐近性和高阶可导性。 仿真结果表明,
采用改进后的阈值函数进行图像去噪,视觉效果好,PSNR 和 SNR 都提高了,MSE 有所降低,去噪效果得到了优化。
关键词: 小波变换; 阈值函数; 阈值图像去噪; 均方误差; 峰值信噪比; 信噪比
中图分类号: TP391. 41 文献标志码: A 文章编号: 1001⁃3695(2020)05⁃054⁃ 1545⁃04
doi:10. 19734 / j. issn. 1001⁃3695. 2018. 10. 0844
Wavelet transform image denoising algorithm based on improved threshold function
Zhang Huijuan, Zhang Damin
†
, Yan Wei, Chen Zhongyun, Xin Ziyun
(College of Big Data & Information Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China)
Abstract: Aiming at the discontinuity of the traditional hard threshold function at the threshold and the constant deviation be⁃
tween the original wavelet coefficient and the wavelet estimation coefficient in the soft threshold function,this paper proposed
an image denoising algorithm based on the improved threshold function. This algorithm combined the advantages of the im⁃
proved threshold function,dynamically selected the fixed threshold by setting appropriate adjustment parameters,and added the
adjustment factors to reduce the constant deviation between the original wavelet coefficient and the estimated wavelet coeffi⁃
cient,thereby improving the degree of approximation of the reconstructed image and the original image. The improved threshold
function satisfied continuity at the threshold while satisfying the asymptotic and higher order conductibility of the function.
Simulation results show that the visual effect is good,while using the improved threshold function for image denoising. In com⁃
parison,both PSNR and SNR are improved,MSE is reduced,and the denoising effect is optimized.
Key words: wavelet transform; threshold function; threshold image denoising; mean square error( MSE); peak signal⁃to⁃
noise ratio(PSNR); signal⁃to⁃noise ratio( SNR)
图像在传输过程中不可避免地会受到不同程度的噪声污
染,造成图像模糊等问题,影响图像的质量和后期的处理等,所
以,有效的图像去噪方案相当重要。 小波变换对不同频率在时
域上的取样长度可以进行调节,具有多分辨的特点。 1994 年,
Donoho 和 Johnstone 在小波变换的基础上提出了小波阈值去噪
算法,该方法在图像去噪中的应用也日渐成熟
[1 ~ 6]
。 典型的硬
阈值函数和软阈值函数都存在相应的不足之处,硬阈值函数在
阈值处不连续,软阈值函数中原小波系数和小波估计系数之间
存在恒定的偏差问题。 针对以上问题,大量学者对阈值函数进
行了重点研究,并对经典的阈值函数进行了改进
[7 ~ 12]
。 文献
[7]提出了一种新的阈值函数,该阈值函数中存在调节因子,
虽然可以动态调整阈值函数,但是去噪声效果并不是很理想;
文献[8]提出了一种改进的阈值函数,加入调整参数 m 对典型
的硬、软阈值函数进行优化,效果得到了一定的改善;文献[9]
采用基于多层阈值函数的小波图像去噪,根据采样长度的不同
决定调节阈值因子,但并未分析分解层数对去噪函数的影响;
文献[10]提出了一种自适应的阈值去噪函数,通过设置合适
的调整参数来减少原小波系数和小波估计系数之间存在的偏
差问题,但是效果不理想;文献[11] 提出了一种新型符号函数
的小波阈值图像去噪函数,并设置不同的调节因子比较分析峰
值信噪比的变化,从仿真结果可知依然存在恒定偏差问题;文
献[12] 结合传统的硬、软阈值去噪函数,提出了一种新的阈值
去噪函数,通过比较仿真结果可知,改进的阈值函数下产生的
PSNR 有所提高,但是效果不是特别显著。 针对以上方案存在
的不足,本文综合典型的硬、软阈值函数的优点和已改进新的
阈值函数提出一种新的阈值去噪函数。
1 小波阈值去噪原理及其计算
1 1 小波阈值去噪原理
小波阈值去噪算法是图像去噪中常用的方法,其思想是对
处于高频部分的噪声进行阈值处理,再对处理后的小波系数进
行重构得到去噪后的图像。 阈值的具体估计和阈值函数的选
取是影响小波阈值函数去噪效果的关键因素,阈值设定太小,
去噪后的图像仍然存在噪声;反之太大则会将重要图像特征滤
掉,造成重构图像模糊。 所以阈值函数和阈值判定准则的选取
尤为关键。 本文将含高斯白噪声图像的数学模型描述为
f( j,l) = g(j,l) + n(j,l) (1)
其中:f(j,l) 表示含高斯白噪声的图像;g(j,l) 表示不含噪声的
图像;n(j,l)表示高斯白噪声,服从正态分布 N(0,δ
2
);j 和 l 表
示图像的像素位置。 小波阈值去噪的主要步骤(图 1)如下:a)
对 f(j,l)作小波变换,得到各尺度的小波系数 w
j,l
;b)设定各分
第 37 卷第 5 期
2020 年 5 月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Computers
Vol 37 No 5
May 2020