局部動(dòng)態(tài)模糊圖像還原

宋宇頎 牟書(shū)江

摘 要：人的眼睛具有視覺(jué)暫留性，人體通過(guò)眼睛觀察物體時(shí)，看到的每一幅畫(huà)面的實(shí)際都是一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，所以，如果將人眼觀察每一幅畫(huà)面提取出來(lái)，逐幀觀看，那么圖片的觀看效果是模糊的。當(dāng)我們得到一張局部動(dòng)態(tài)模糊圖片時(shí)，很難識(shí)別動(dòng)態(tài)模糊圖片的內(nèi)容，所以我們建立合理的仿真運(yùn)動(dòng)退化數(shù)學(xué)模型，對(duì)圖像的還原進(jìn)行求解。

關(guān)鍵詞：局部動(dòng)態(tài)；模型；圖像；還原

本模型的目標(biāo)是為了將局部模糊的運(yùn)動(dòng)圖片還原為清晰的圖片，通常我們判斷圖片是否清晰，眼睛是唯一的標(biāo)準(zhǔn)，但人眼判斷具有隨機(jī)性、不準(zhǔn)確性，所以我們引入PSNR、KW、Q為客觀判斷標(biāo)準(zhǔn)。

首先我們借用背景差法提取模糊圖像的局部運(yùn)動(dòng)模糊區(qū)域，

再將圖像灰度化處理，將圖片轉(zhuǎn)化為矩陣分布，然后加入高斯噪音，建立優(yōu)化圖像，再通過(guò)霍夫變換和soubel邊緣檢測(cè)，確定了偏轉(zhuǎn)角度，再對(duì)曝光時(shí)間的相對(duì)速度求微分得出圖形運(yùn)動(dòng)的距離，得出點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，然后使用鄰域平均法進(jìn)行去噪處理，最后建立維納濾波模型完成圖片的復(fù)原。

再借用alpha通道和matlab軟件進(jìn)行圖像的復(fù)原與合成。

最后借用峰值性噪比PSNR、模糊系數(shù)KW與質(zhì)量因素Q對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

本文主要運(yùn)用了復(fù)原的方法是經(jīng)典的維納濾波法，通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，客觀標(biāo)準(zhǔn)分析以及與實(shí)際模糊圖像的對(duì)比，得出我們的維納濾波模型有效可行。

一、問(wèn)題重述

人的眼睛具有視覺(jué)暫留性，人體通過(guò)眼睛觀察物體時(shí)，看到的每一幅畫(huà)面的實(shí)際都是一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，所以，如果將人眼觀察每一幅畫(huà)面提取出來(lái)，逐幀觀看，那么圖片的觀看效果是模糊的。電影的拍攝也是同樣的原理，所以將電影的動(dòng)態(tài)影響分離成為一幀一幀播放時(shí)，圖像也是模糊的。游戲公司為了優(yōu)化玩家的游戲體驗(yàn)，盡力保證游戲內(nèi)的每幀畫(huà)面都是靜態(tài)制作的，這樣提高了游戲畫(huà)面的清晰度，但需要設(shè)備以較高的幀率運(yùn)行，否則會(huì)出現(xiàn)卡頓，為了降低游戲?qū)υO(shè)備的要求，人們開(kāi)發(fā)出仿真動(dòng)態(tài)模糊效果的技術(shù)。在我們實(shí)際的拍攝中，往往一幀的畫(huà)面中只有局部的場(chǎng)景是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，因此，我們建立局部運(yùn)動(dòng)模糊圖像模型進(jìn)行求解，還原出清晰的圖片。

二、模型假設(shè)

（一）假設(shè)照片的轉(zhuǎn)換對(duì)原像素?zé)o改變。

（二）物體運(yùn)動(dòng)僅是平面的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（三）假設(shè)曝光度和聚焦合適，對(duì)實(shí)驗(yàn)不造成影響。

（四）假設(shè)相機(jī)像素合適，得到的模糊圖像有具體輪廓。

（五）假設(shè)無(wú)其它非自然因素的影響。

三、模型建立與求解

（一）局部運(yùn)動(dòng)模糊區(qū)域的提取

為了能更高效、清晰的完成圖像的復(fù)原，我們需要進(jìn)行局部運(yùn)動(dòng)模糊區(qū)域的提取工作，即將局部運(yùn)動(dòng)模糊圖像與清晰的背景進(jìn)行分離。將圖像按照不同的需要分成互不重疊的多個(gè)區(qū)域，這叫做圖像的分割。為得到準(zhǔn)確的局部模糊區(qū)域，我們采用數(shù)字摳圖的方法。

數(shù)字摳圖技術(shù)是圖像分析、復(fù)原中一門常用的技術(shù)，它將所需的目標(biāo)區(qū)域定義為前景元素，將晰的背景定義為背景元素。數(shù)字摳圖就是從整體圖像中分離出前景元素，留下背景元素，進(jìn)而便于其他處理，成功進(jìn)行分離后，前景元素和和背景元素相交區(qū)域的像素值即局部模糊區(qū)域的像素值和清晰背景像素值的線型組合。

有許多種獲得局部模糊區(qū)域的方法，常見(jiàn)的有三種方法，分別是光流法。幀差法、背景差法。

（1）光流法：指的是便捷高效的圖像表達(dá)方式，它定義了圖像運(yùn)動(dòng)序列中的表觀運(yùn)動(dòng)，即空間運(yùn)動(dòng)物體的表面速度在平面?zhèn)鞲衅髦械谋磉_(dá)。但需要人的主觀判斷，具有隨機(jī)性和主觀性。

（2）幀差法：即通過(guò)視頻中相鄰兩幀的圖像進(jìn)行對(duì)比作差研究，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象出現(xiàn)異常變化時(shí)，前后對(duì)比，借用兩幀圖像亮度差的絕對(duì)值進(jìn)行對(duì)比研究。但該方法需要多幅連續(xù)的逐幀畫(huà)面計(jì)算量較為龐大，且誤差較大。

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