两种去雾滤波器对图像压缩影响的研究

毕业论文（设计）设计(论文)题目两种图像去雾滤波器对图像压缩影响的研究姓名：李玮智学号：201100800305学院：机电与信息工程学院专业：电子信息科学与技术年级2011级指导教师：王成优2015年5月23日目录一、绪论...................................................................................................1(一)选题背景和研究意义................................................................1(二)国内外研究现状........................................................................11.基于图像增强的去雾方法.....................................................12.基于图像复原的去雾方法.....................................................23.图像去雾对图像压缩的影响.................................................3(三)研究内容....................................................................................31.本文主要工作.........................................................................32.论文结构安排.........................................................................4二、基于暗通道的图像去雾..................................................................6(一)基于暗通道的去雾原理............................................................61.雾天图像模型.........................................................................62.暗通道特性............................................................................63.利用暗通道特性的图像去雾.................................................6(二)算法程序实现与仿真................................................................7三、两种滤波器在图像去雾上的应用..................................................9(一)引导滤波器的原理....................................................................9(二)双边滤波器的原理..................................................................10(三)滤波器在图像去雾上的应用..................................................111.转移纹理结构法...................................................................112.直接去噪法..........................................................................11(四)算法程序实现与仿真..............................................................12四、彩色图像的压缩............................................................................14(一)彩色图像压缩简介..................................................................14(二)算法程序实现与仿真..............................................................14五、两种去雾滤波器对图像压缩的影响............................................17(一)理论分析..................................................................................17(二)算法程序实现与仿真..............................................................18六、总结与展望.....................................................................................24参考文献...................................................................................................25附录.....................................................................................................27谢辞.....................................................................................................30摘要为了在图像传输后获得更为清晰的去雾图像，本课题探讨了引导滤波器与双边滤波器用于图像去雾时，对图像压缩的影响。本课题以MATLAB为仿真工具,通过调整引导滤波器的窗口大小与调整系数，及双边滤波器的几何范围与强度范围，以获得解压重构图像的峰值信噪比与块效应，得出了如下结论：用双边滤波器进行单幅图像去雾，效果虽然不及引导滤波器，但是其解压重构图像的峰值信噪比，在稳健性方面明显强于使用引导滤波器的，而使用引导滤波器对图像先去雾后压缩，在峰值信噪上表现出明显的恶化趋势。关键词图像去雾；图像压缩；引导滤波器；双边滤波器；峰值信噪比；块效应ABSTRACTToobtaingooddehazedimagesatthereceiver,thisresearchmakesaninvestigationinthecasethatusingguidedfilterandbilateralfiltertoremovehazeofimagesandthencompressingdehazedimagesrespectively.UsingMATLABassimulationtool,windowsizeandregulationparameterofguidedfilter,aswellasgeometricspreadandphotometricspreadofbilateralfilter,areadjustedtoobtaincorrespondingPeakSignaltoNoiseRatio(PSNR)andblockingartifactsdataofdecompressedandreconstructedimages.Itcanbeconcludedthatthebilateralfilter’srobustnessinPSNRperformsbetterthanguidedfilter’s,thoughtheguidedfilterisabetterchoiceinsingleimageremoval.UsingguidedfiltertodehazeandthencompressimageiseasytodeteriorateinPSNR.KEYWORDSImagedehazing;imagecompression;guidedfilter;bilateralfilter;PeakSignaltoNoiseRatio;blockingartifacts1一、绪论室外监控设备的拍摄常常受到恶劣环境因素的影响。随着雾霾天气越来越频繁的发生，如何更有效地进行图像去雾并传输，以便监控者能正常观测，是室外监控系统工程师亟需考虑的问题。滤波器是图像去雾的必要工具，而在图像传输前又必须对图像进行压缩。因此，为了设计适应雾霾天气的室外监控系统，深入研究去雾滤波器对图像压缩的影响是非常必要的。本章首先介绍课题的选题背景和研究意义，然后系统分析国内外的相关研究工作，最后是论文的主要研究内容及其结构安排。(一)选题背景和研究意义室外监控系统在人们的日常生活中被广泛应用。若监测摄像头摆放在一个雾霾频发的地区，那么这种恶劣的环境必然会影响摄像头的拍摄质量。最直接的影响就是造成所拍摄图像的对比度降低同时影响色调。室外监控系统时常需要进行图像的远距离传输，若直接将有雾图像进行传输，那么终端所得到的图像质量必然也是很差的。对有雾图像进行去雾是室外监控系统传输清晰图像的必要手段。传输图像之前需要对图像进行压缩，因此研究去雾滤波器对图像压缩的影响具有重要意义。(二)国内外研究现状图像去雾是图像处理领域新兴起的一个分支，近年来，大量有关去雾的新算法被国内外研究学者所提出。研究领域从最开始的多幅图像去雾到现在主流的单幅图像去雾，更有学者正在致力于研究图像去雾对图像压缩的影响。通过相关文献的研究与分析可以发现，去雾算法主要有基于图像增强和图像复原两种，下面将对这些学者的研究工作进行总结。1.基于图像增强的去雾方法基于图像增强的去雾方法能有效提高图像的清晰程度。此方法的本质，是从清晰图像的特点出发，突出图像细节，同时调整雾天图像的对比度。图像增强法可根据增强的范围分为两大类[1]：局部增强和全局增强。它们又可进一步划分为局部直方图均衡化、局部方差方法、局部对比度增强和全局直方图均衡化、小波变换、同态滤波、Retinex等。下面对其中经典的方法进行介绍。Retinex理论能够有效地增强图像的亮度，复原图像的色彩，其主要包括单尺度Retinex算法(SingleScaleRetinex,SSR)、多尺度加权平均的Retinex算法(Muti-ScaleRetinex,MSR)和带彩色恢复的多尺度Retinex算法(Multi-ScaleRetinexwithColorRestoration,MSRCR)。芮义斌等人[2]采用正态截取拉伸的原理，2基于Retinex理论对图像增强算法进行了改进，但该算法仅在薄雾图像上取得了较好的效果，在浓雾图像上表现的并不理想。Agaian等人[3]基于HSV空间的人类视觉模型，将有雾图像的直方图调整为更均匀的分布，并采用对比度自适应直方图均匀化(Contrast-LimitedAdaptiveHistogramEqualization,CLAHE)原理来提高图像的对比度与亮度。除了Retinex理论，众多学者还将小波变换理论应用于基于图像增强的去雾算法上。周树道等人[4]采用亮度小波变换和图像颜色改善法实现了图像的去雾处理。该算法首先对图像亮