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原始的Curvelet变换在Radon域用正交小波变换得到Curvelet系数,然而正交小波不具有平移不变性,所以会产生Gibbs震荡现象.提出用非抽取小波变换代替原始的Curvelet变换中的正交小波变换.非抽取小波的平移不变性和Curvelet变换的高度方向敏感性使得新算法成为图像去噪的一个很好的选择.使用数字非抽取Curvelet变换对添加了高斯白噪声的标准图像进行去噪.实验结果表明,新算法无论从峰值信噪比还是从视觉效果上都要优于小波去噪,普通Curvelet图像去噪和Wiener2滤波.而且新方法
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2011 年 第 32 卷 第 3 期 中 北 大 学 学 报(自然科学版)
Vol
.32
No
.3 2011
(总第 137 期)
JO U R N A L O F N O R T H U N IV E R SIT Y O F C H IN A
(
N A T U R A L SC IE N C E E D IT IO N
)
(
Sum No
.137)
文章编号: 1673-3193(2011)03-0348-07
基 于 非 抽 取
C u r v elet
变 换 的 图 像 去 噪 算 法
罗 鹏
(湖南工学院 计算机系, 湖南 衡阳 421002)
摘 要: 原始的
Curvelet
变换在
Radon
域用正交小波变换得到
Curvelet
系数, 然而正交小波不具有平移
不变性, 所以会产生
Gibbs
震荡现象.提出用非抽取小波变换代替原始的
Curvelet
变换中的正交小波变换.
非抽取小波的平移不变性和
Curvelet
变换的高度方向敏感性使得新算法成为图像去噪的一个很好的选择.
使用数字非抽取
Curvelet
变换对添加了高斯白噪声的标准图像进行去噪.实验结果表明, 新算法无论从峰
值信噪比还是从视觉效果上都要优于小波去噪, 普通
Curvelet
图像去噪和
Wiener
2 滤波.而且新方法在去
除噪声的同时还较好地保留了图像的边缘信息.
关键词: 小波;
Radon
变换;脊波变换;
Curveler
变换; 非抽取小波
中图分类号:
T P
391 文献标识码:
A
doi
: 10.3969/
j
.
issn
.1673-3193.2011.03.020
D enoising M ethod of Im age B ased on
U ndecim ated C urvelet T ransform
L U O Peng
(
Dept
.
of Computer
,
Hunan Institute of T echnology
,
Hengyang
421002,
China
)
A bstract
:
A novel im ag e denoising method w as proposed by incorporating the undecim at ed Curvel
e
t
w avelets int o the ordinary curvelet transform
.
Curvelet coefficients w ere acquired by using ort hogon
a
l
w avelet transform in radon domain
.
T raditional discret e w avelet t ransform is not shiftable
,
so it w
i
l
l
lead t o G ibbs phenom enon
.
T he ort hogonal w avelet w as replaced w ith undecim at ed w avelet t ransform
i
n
the last st ep of the Curvelet transform
.
T he shift invariant property of the undecim at ed w avelet and th
e
hig h directional sensitivit y of the curvelet transform made the new m ethod a g ood choice for ima
g
e
denoising
.
T he digital undecim ated Curvelet transform w as applied to denoise some standard im ag
e
s
corrupted w it h additive Gaussian w hite noise
.
Ex perim ental results show ed t hat t he proposed m et hod
perform anced better than the ordinary curvelet image denoising
,
and w iener
2
filter in t erm s of bot h peak
signal
-
to
-
noise ratio and visual qualit y
.
In part icular
,
the m ethod preserved t he shape edges better w hi
l
e
removing w hite noise
.
K ey w ords
:
w avelet
;
Radon transform
;
ridg elet t ransform
;
Curvelet transform
;
undecim at ed w avelet
如何消除图像中的噪声是图像处理中的古老课题.人们根据实际图像的特点, 噪声的统计特征和频
谱分布的规律, 发展了各式各样的去噪方法.其中最为直观的方法是根据噪声能量一般集中于高频, 而
图像频谱分布于一个有限区间的这一特点, 采用低通滤波方式来去噪的方法.
图像去噪中的一个难题是
磁
收 稿 日 期 : 2010-10-09
基 金项 目 : 湖 南 工学 院 院 级 资 助 项目 (
H Y
09027)
作
者
简
介
:
罗
鹏
(
1
9
8
1
-
)
,
男
,
讲
师
,
硕
士
.
主
要
从
事
小
波
分
析
及
其
在
图
像
处
理
中
的
应
用
研
究
.
如何在降低图像噪声和保留图像细节上保持平衡.1995 年,
Donoho
[1 ]
等提出了小波去噪的软、硬阈值
[2 ]
方案.该算法已经成功地应用到实际的去噪中并且成为目前最强有力的去噪算法之一.因为小波变换使
得图像的能量集中到少数几个较大的系数上, 而大部分的小波系数很小以至于可以忽略为 0.这样, 只
要保留一部分低频小波系数, 而对小波分解子带上的高频系数进行处理就完成了整个阈值过程.但是
,
这个方法存在着一个不足之处:在不连续邻域内出现了
Gibbs
伪影.于是,
Coifm an
和
Donoho
提出了平
移不变去噪方法
[3 ]
, 通过对信号的循环位移去除人为伪影.实验结果表明, 平移不变小波去噪要明显好
于非平移不变小波去噪.
令人遗憾的是, 小波分析在一维情形所具有的优异特性并不能简单地推广到二维或更高维.由一维
小波张成的可分离小波只具有有限的方向, 不能“最优”地表示含线奇异或面奇异的高维函数.而事实上
具有线或面奇异的函数在高维空间中比比皆是.为了克服这一局限性, 多尺度几何分析
[4 ]
应运而生, 其
代表就是脊波变换
[5 ]
和
Curvelet
变换
[6 ]
.这些新方法的提出, 无不基于这样一个事实:在高维情况下, 小
波分析并不能充分利用数据本身特有的几何特征, 不是最优的或者说“最稀疏”的函数表示方法.多尺度
几何发展的目的正是要致力于一种新的高维函数的最优表示方法
[7 ]
.众所周知, 对于含奇异曲线的二维
分 片 光 滑 函 数, 其 非 线 性 逼 近 误 差
ε
n
(
M
) = ‖
f
-
f
M
‖
2
的 衰 减 速 度,
Curvelet
变 换 能 达 到
O
((
log
M
)
3
M
- 2
, 小波变换和傅立叶变换, 分别只能达到
O
(
M
- 1
) 和
O
(
M
- 1/2
).2002 年,
J
.
Starck
[8 ]
等将
Curvelet
变换应用于图像去噪中并获得了良好的去噪效果.但是, 由于该方法使用了普通的抽取小波
,
不具备平移不变性, 导致最后的
Curvelet
变换出现了
Gibbs
伪影.考虑到非抽取小波变换具有平移不变
性, 克服了抽取小波的不足, 本文提出一种非抽取
Curvelet
变换图像去噪算法.非抽取小波的平移不变
性和
Curvelet
的高度方向敏感性使得本文的算法取得了满意的去噪效果.实验结果表明, 该方法在消除
噪声和抑制伪影的同时能更好地保留边缘特征, 并显著改善了峰值信噪比.
1
Curvelet
变换及其数字实现
1.1 脊波变换
脊波理论
[9 ]
由
Emm anuel J Cande
在 1998 年提出, 对于任意的,二维脊波变换定义为
ψ
a
,
b
,
θ
(
x
1
,
x
2
) =
a
- 1/2
ψ[(
x
1
cos
θ
+
x
2
sin
θ
-
b
)/
a
]. (1
)
对于函数
f
(
x
1
,
x
2
), 其脊波变换系数为
R
f
(
a
,
b
,
θ
) =
簇
ψ
a
,
b
,
θ
(
x
1
,
x
2
)
f
(
x
1
,
x
2
)d
x
1
d
x
2
. (2
)
脊波函数沿直线
x
1
cos
θ
+
x
2
sin
θ
=
c
方向的截面是一条直线, 而沿着
θ
的方向则是一个小波.因此
,
用脊波函数来分析图像, 就是用直线来剖分图像, 不同于二维可分离小波用点来逼近曲线, 用点来捕捉
图像中的奇异特征.
1.2
Radon
变换
脊 波变换是通过在
Radon
变换域的一维小波变换来实现的.对于平面 (
x
,
y
)∈
R
2
上的函数
f
(
x
,
y
), 其
Radon
变换为该函数在各个角度的直线上的投影
[1 0]
, 即
R
f
(ρ,
θ
) =
簇
f
(
x
,
y
)δ(ρ -
x
cos
θ
-
y
sin
θ
)dρd
θ
, (ρ,
θ
) ∈ [0,2π) ×
R
, (3
)
式中:
σ
是单位脉冲函数;
f
(
x
,
y
) 的脊波变换系数
R
f
(
a
,
b
,
θ
) 可以通过对其
Radon
变换系数进行小波
变换得到
R
f
(
a
,
b
,
θ
) =
∫
R
f
(ρ,
θ
)
a
- 1/2
ψ[(ρ -
b
)/
a
]dρ. (4
)
由傅立叶投影定理可得
f
(
λ
cos
θ
,
λ
sin
θ
) =
∫
R
f
(ρ,
θ
)e
- i
λt
d
t
. (5
)
由
投
影
切
片
定
理
可
知
,
通
过
对
二
维
傅
立
叶
变
换
沿
着
中
心
点
射
向
作
一
维
傅
立
叶
逆
变
换
可
得
到
R
a
d
o
n
943
(总第 137 期) 基于非抽取
Curvelet
变换的图像去噪算法(罗 鹏)
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