[发明专利]基于两级插值的图像脉冲噪声抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理技术领域，具体涉及数字图像脉冲噪声抑制方法，应用于实现从被高密度脉冲噪声湮没的信号中恢复清晰图像。

背景技术

脉冲噪声由非连续，持续时间短和幅度大的不规则脉冲或噪声尖峰组成。产生脉冲噪声的原因多种多样，其中包括电磁干扰，通信系统的故障缺陷，电气开关和继电器的状态改变。在数字式数据通信及信号处理中，脉冲噪声的存在会在后续传输和处理过程中引起严重的错误。以遥感图像为例，在卫星遥感成像系统中，恶劣的电磁环境和传输信道干扰往往使获取的航拍图像信号淹没在大量的脉冲噪声中，给后续的图像解译和识别带来巨大困难。因此，如何能从大量脉冲噪声中恢复出清晰图像，一直是专家们热衷探索的领域。

针对脉冲噪声，现有去噪方法中，最经典、应用最为广泛的滤波方法是中值滤波(Median Filter：MF)。中值滤波方法虽然简单高效，在噪声密度较低的情况下可以取得较好的滤波效果，但是由于其对所有像素进行没有区别的处理，滤波过后，未受噪声干扰的像素灰度值也会发生改变，这样会破坏信号原有信息。针对这一点，许多专家提出改进的中值滤波算法，这些算法在检测噪声的基础上进行自适应中值滤波(Adaptive Median Filter：AMF)。该方法只改变受噪声影响的像素灰度值，不改变未受噪声影响的像素灰度值。自适应中值滤波在一定程度上改善了滤波性能，做出了有益的探索，但在实际应用中，中值滤波和自适应中值滤波都存在不同程度的局限性。

中值滤波和自适应中值滤波在滤波过程中会对信号造成大幅度平滑、破坏相对于滤波窗口尺寸较小的图像细节。随着噪声密度的逐渐加大，中值滤波和自适应中值滤波恢复信号的精度和准确度急剧下降，无法恢复出满足人眼视觉和计算机处理要求的清晰图像信号。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提出一种基于两级插值的脉冲噪声抑制方法，以提高滤波恢复信号的精度和准确度，恢复出满足人眼视觉和计算机处理要求的清晰图像信号。

实现本发明的技术思路是，根据脉冲噪声特性利用直方图分析进行噪声检测，将受噪声影响的像素视为缺失像素，并结合信号的数据统计特性和信号结构特性，通过两级差值恢复出消除脉冲噪声影响的清晰图像。其具体技术方案包括如下步骤：

(1)利用直方图对待处理的脉冲噪声图像进行噪声检测，标定噪声位置；

(2)将含噪图像中受噪声影响的像素幅度置零，得到参考图像；

(3)对步骤(2)中得到的参考图像进行下二采样，得到分辨率为待处理含噪图像一半的低分辨率图像；

(4)对于低分辨率图像中幅度为零的像素，在参考图像中找到这些像素的对应位置，并以这些位置为中心加窗，用窗内非零像素的加权和作为第一级插值补全这些像素的幅度信息；

(5)对一级插值后的低分辨率图像用方向自适应提升小波进行预滤波，消除图像内边缘和纹理中存在的锯齿效应；

(6)对步骤(5)中预滤波后的低分辨率图像，采用改进的分段自回归模型进行第二级插值，得到消除脉冲噪声的全分辨率清晰图像。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明由于采用了两级插值构成图像去噪过程，且在插值过程中，不但利用了信号的统计特性，更充分利用二维图像信号的统计特性和结构信息，从而解决了传统方法无法准确恢复边缘和纹理的缺点，大大提高了去噪效果。

2.本发明由于结合脉冲噪声自身的特点，利用直方图分析确定阈值，检测噪声，用未受噪声干扰的像素恢复原始信号，提高了恢复清晰图像信号的精度。

3.本发明由于在插值之前对低分辨率进行预滤波，利用方向提升小波对图像边缘和纹理的良好表示性能，修正边缘和纹理，为第二级插值打好基础，提高恢复清晰信号的准确度。

4.本发明在由于在进行第二级插值的过程中改进了现有的基于分段自回归模型的插值，在该插值的过程中，每一步插值结果都由未受噪声影响的像素进行修正，从而大大提升了插值恢复的效果。

5.实验结果表明，本发明能在10％-90％的大噪声密度动态范围内都能取得高精度的恢复效果，并且在去除噪声的同时能够保留图像的结构特征。实验数据和图像表明本发明不论是主观视觉还是客观评价都明显优于现有其他脉冲噪声降噪方法。

附图说明

图1是本发明的实现框图；

图2是本发明消除图像脉冲噪声的流程图；

图3是本发明的第一级插值示意图；

图4是本发明的第二级插值示意图；

图5是分别用本发明和现有算法对灰度图像Lena的进行去噪处理的仿真结果；