CN102819832A - 基于超复数小波幅值软阈值的斑点噪声抑制方法 - Google Patents
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Abstract
基于超复数小波幅值软阈值的斑点噪声抑制方法,涉及一种图像处理领域的图像去噪方法。为了克服现有小波阈值无法达到最优效果的不足,本发明包括如下步骤:一、对噪声图像进行HWT,得到超复数小波系数;二、将实部-虚部表示的超复数小波系数转换为幅值-相位表示形式;三、估计超复数小波的幅值系数的噪声阈值;四、对超复数小波的幅值系数,按照噪声阈值进行软阈值处理;五、对处理后的超复数小波的幅值系数和没有处理的相位系数联合起来,进行超复数小波逆变换,得到图像去噪后的结果。本方法能发挥超复数小波相位纹理表示的能力,从而选取噪声抑制的近似最有阈值,并且保留图像的纹理结构信息,得到理想的图像去噪结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像处理领域的图像去噪方法,具体涉及一种基于超复数小波幅值建模和软阈值的图像斑点噪声抑制方法。
背景技术
斑点噪声是有别于加性高斯噪声的乘性噪声,在超声及雷达成像中广泛存在。超声相对于MRI和CT来说,是一种价格相对低廉的成像模式,其具有便携性,并且能够实时获取图像,但超声受限于声波的衰减和穿透力,成像分辨率和对比度较低。为进一步分析,需要对超声图像进行预处理,包括斑点噪声抑制和图像增强。
斑点噪声是由一定数量具有随机相位的散射体引起的,散射体的大小要小于超声波束的分辨率。斑点的存在降低了图像的视觉效果,并且影响专家对于病灶的诊断。这样,斑点噪声抑制是超声图像处理、分析领域非常重要的问题。由于斑点噪声和图像本身是混合在一起的,不是简单的加性关系,对噪声的抑制是很困难的任务。
现有抑制斑点噪声的方法,大致分为以下3类:(1)滤波技术;(2)多分辨率方法;(3)混合方法。用于斑点噪声抑制的经典滤波算法包括Kuan、Lee滤波器,以及它们的变种。它们的性能不错,但是,不能保存原始图像的边缘,存在去噪图像过平滑的问题。这些空间域滤波器的性能和窗口大小和方向的选择密切相关,这样,就很难对不同的图像在处理过程中都具有自适应性。基于小波变换的方法是最近的趋势,小波多分辨率分析具有在不同尺度上对图像特征检测的潜力。阈值技术的关键是选取合适的阈值,以及利用设定的阈值如何处理小波系数。目前,常用的有硬阈值和软阈值两种阈值处理函数。
超复数小波变换(Hypercomplex Wavelet Transform,HWT),作为一种新的图像分析工具,相比于离散小波变换,具有优越的性质,比如系数近似移不变,相位系数提供了更丰富的图像纹理信息等。1999年,Bülow在他的博士论文中第一次构建了二维解析信号,将超复数傅里叶变换的概念延伸到超复数Gabor变换,是HWT的前身,并将其用于差异估计和纹理分割。Chan W.等人在2008年使用二维希尔伯特变换(Hilbert Transform,HT)和解析信号的概念将双树复小波的概念延伸到超复数域,并应用到差异估计。HWT提供了四元数表示的子带,它的系数可以通过代数运算转换为一个幅值和三个相位的形式——其幅值具有近似移不变特性,三个二维相位包含了描述局部二维结构的几何信息。
因为HWT相位系数的纹理表示能力以及受到噪声很小的干扰,所以采用对超复数小波幅值系数建模后的软阈值处理为斑点噪声的抑制提供了一种新的途径。
发明内容
本发明的目的在于克服现有小波阈值无法达到最优效果的不足,提供一种基于超复数小波变换幅值建模的软阈值斑点噪声抑制方法。它能发挥超复数小波相位纹理表示的能力,从而选取噪声抑制的近似最有阈值,并且保留图像的纹理结构信息,得到理想的图像去噪结果。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
对噪声图像进行HWT,通过幅值建模后的超复数小波系数,估计出噪声方差进而推导出用于噪声阈值,用于去除斑点噪声。如图1所示,具体步骤如下:
步骤一:对噪声图像进行HWT,得到超复数小波系数。本步骤将图像进行高维的多分辨率分解,能够挖掘图像的内在几何结构,可以有效的抑制噪声,保留图像边缘。
(3);
步骤二:将实部-虚部表示的超复数小波系数转换为幅值-相位表示形式,相位可以表示出图像的纹理信息,这样在处理幅值系数时,受到噪声较小影响的图像纹理信息可以得到充分的保留。
由超复数小波与图像卷积得到的超复数小波系数可以表示为:
根据超复数代数的计算规则,公式(6)可以转换为如下形式:
其中:
步骤三:估计超复数小波的幅值系数的噪声阈值,即:对幅值系数进行瑞利分布建模,通过中值估计的思想可以得到近似最优的噪声阈值,有利于得到良好的去噪结果。瑞利分布的概率密度函数为:
小波高频系数子带(subband )反映的是图像的特征和噪声,根据中值估计(Median Estimation)的思想,可以从超复数小波幅值系数里,推导出噪声分布的均值和方差,即和,为瑞利分布均值的估计值;为瑞利分布方差的估计值。
根据方程(10)和(11),
步骤四:对超复数小波的幅值系数,按照噪声阈值进行软阈值处理。软阈值处理对大系数收缩,小系数扼杀,在阈值处函数连续,图像整体效果更加平滑,去噪图像视觉效果好,在最小最大均方误差意义上,是对原图像的一种渐近最优估计。
步骤五:对处理后的超复数小波的幅值系数和没有处理的相位系数联合起来,进行超复数小波逆变换,这样就可以得到图像去噪后的结果。联合软阈值处理后的去噪后的幅值系数和保留了图像纹理信息的相位系数,经过超复数小波逆变换后,图像去噪效果很好。
本方法能发挥超复数小波相位纹理表示的能力,从而选取噪声抑制的近似最有阈值,并且保留图像的纹理结构信息,得到理想的图像去噪结果。本发明与现有技术相比具有如下优点:
1)本发明所提出的图像斑点噪声去噪方法利用超复数小波变换,基于幅值系数建模并估计噪声阈值对超复数小波系数进行软阈值处理,与小波变换的软阈值方法相比,能够得到更好的去噪效果。
2)本发明引入超复数小波变换进行图像去噪,在超复数小波域中,本发明提出的幅值系数建模的思想估计噪声阈值,与其他阈值方法相比,更接近于最优阈值,能够使得图像噪声得到充分抑制,并保留图像的边缘纹理信息。
附图说明
图1为基于超复数小波幅值幅值软阈值的图像去噪方法流程图;
图2为含噪声图像;
图3为实部表示的超复数小波变换结果;
图4为虚部i表示的超复数小波变换结果;
图5为虚部j表示的超复数小波变换结果;
图6为虚部k表示的超复数小波变换结果;
图7为幅值表示的超复数小波幅值低频系数;
图8为幅值表示的超复数小波垂直分量系数;
图9为幅值表示的超复数小波水平分量系数;
图10为幅值表示的超复数小波对角分量系数;
图11为软阈值后幅值表示的超复数小波低频系数;
图12为软阈值后幅值表示的超复数小波水平分量系数;
图13为软阈值后幅值表示的超复数小波垂直分量系数;
图14为软阈值后幅值表示的超复数小波对角系数;
图15为斑点噪声抑制结果;
图16为超声图像;
图17为超声图像的去噪结果。
具体实施方式
下面通过标准测试图像仿真实例阐述本发明的具体实施方式:
执行步骤一:对含有斑点噪声的图像进行HWT,得到实部-虚部表示的超复数小波系数。
以图2为例,图像分辨率为256*256。其一层HWT后的结果见图3-6。
执行步骤二:将步骤一得到的图3-6显示的实部-虚部表示的超复数小波系数图像转换为幅值-相位表示形式,应用于系数建模的幅值分量见图7-10。
执行步骤三:估计超复数小波的幅值系数的噪声阈值。
因为超复数小波幅值-相位表示的相位分量,受到噪声较小的影响,所以只对幅值系数进行噪声阈值的估计就可以达到很好的去噪效果。图3-6的噪声阈值估计结果为22.9568。
执行步骤四:对超复数小波的幅值系数,按照噪声阈值进行软阈值处理。结果如图11-14所示。
执行步骤五:对处理后的超复数小波的幅值系数和没有处理的相位系数联合起来,进行超复数小波逆变换,就可以得到图像去噪后的结果。结果如图15所示。
图16-17为超声成像设备采集的肝脏图像及其用本发明算法的去噪结果。从图中可以看出,肝脏分叉内部的黑色区域噪声得到抑制,去噪后更加内部管腔更加通透,图像左侧背景区域像素值区域一致,白色反射体区域图像对比度提升。
Claims (4)
1.一种基于超复数小波幅值软阈值的斑点噪声抑制方法,其特征在于所述斑点噪声抑制方法包括如下步骤:
步骤五:对处理后的超复数小波的幅值系数和没有处理的相位系数联合起来,进行超复数小波逆变换,得到图像去噪后的结果。
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