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)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，彩色圖像處理已成為信號處理學科中的一個重要的研究領(lǐng)域。然而，由于彩色圖像的三個顏色通道之間存在著強烈的光譜聯(lián)系，所以研究彩色圖像處理技術(shù)時應(yīng)當考慮各顏色通道數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，這就使得對彩色圖像處理技術(shù)的研究比對灰度圖像復雜得多，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，圖像會不可避免地被各種各樣的噪聲所干擾。因此，對于任何圖像的應(yīng)

2、用系統(tǒng)，在進行圖像應(yīng)用和分析之前，先進行圖像濾波和去噪是十分必要的。彩色圖像濾波技術(shù)除了用來消除噪聲、提高圖像視覺質(zhì)量外，還可以應(yīng)用到其他很多場合，例如電視圖像的增強、藝術(shù)畫的修復、彩色圖像增強和銳化、彩色邊緣檢測、彩色圖像插值等等。所以對彩色圖像濾波的研究不僅具有現(xiàn)實的應(yīng)用意義，而且還具有重要的理論意義。 然而，關(guān)于這個領(lǐng)域，國內(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?，本論文的目標就是研究彩色圖像濾波的新理論

3、和新方法，同時系統(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，并對它們進行了分類。然后，提出了作者關(guān)于這個領(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)的一個應(yīng)用，提出了一個新穎的、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、為了高效地檢測彩色圖像中的沖擊噪聲，本論文提出了四個方向算子及利用這四個算子去檢測沖擊噪聲的方法，這種方法在濾波性能和執(zhí)行效率上都勝過目前流行的算法。結(jié)合該噪聲檢測機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)人類心理和視覺感知，即使在相同的條件下，不同距離的像素對中心像素的影響是不同的?；诖?，本論文提出了一個空間距離加權(quán)公式，它能夠?qū)⑦@種由于不同距離造成的影響量化。通過應(yīng)用這個距離加權(quán)公式，研究出了

5、幾個基于空間距離加權(quán)的矢量濾波算法。 由于圖像邊緣、細節(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，即組合開關(guān)機制和自適應(yīng)加權(quán)的濾波器框架。利用這個框架，研究出了幾個高效的彩色圖像濾波算法。 作為彩色圖像濾波技術(shù)一個應(yīng)用，論文還提出了一個基于矢量濾波技術(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)學工具是研究彩色圖像的有效途徑。怎樣利用一種數(shù)學工具去有效地表示一個彩色圖像，使得它在彩色圖像處理中將彩色像素的三個部件一體化地考慮而不丟失顏色通道之間的光譜特性，是一個頗具挑戰(zhàn)性的問題。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年就被提出來了，但其理論和方法直到上世紀90年代才被開始應(yīng)用到圖像處理領(lǐng)域。在論文的最后二章，通過利用四元