專利名稱：基于雙穩(wěn)態(tài)隨機共振機制的二值圖像復原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及一種基于雙穩(wěn)態(tài)隨機共振機制的二值圖像復原方 法。
背景技術(shù)：
1981年，意大利學者Benzi提出了隨機共振理論，揭示出在噪聲、周期性輸入信號 和非線性系統(tǒng)的協(xié)同作用下，噪聲能量可以轉(zhuǎn)化為有用的信號能量，從而提高周期性輸出 信號的信噪比。隨機共振利用噪聲增強信號的特性，打破了只能通過消除噪聲來增強信號 的固有觀念，并在弱信號的檢測和估計中得到了廣泛的應用。隨著隨機共振應用研究的深 入，其應用范圍逐漸延伸到數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，如Ye Qinghua等利用雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)了圖 像直流分量的增強，另外在閾值系統(tǒng)中，Marks等發(fā)現(xiàn)通過向圖像添加適當強度的噪聲可以 使圖像更加符合人的視覺特征，這些結(jié)果都為圖像的復原提供了新的思路。但是目前，隨機 共振在圖像增強領(lǐng)域的應用只限于處理圖像中的單一頻率分量，然而在實際中，大量的圖 像是非周期信號，這些圖像通常包含了豐富的頻率成分，單頻分量的恢復遠遠不能滿足實 際需求，而利用閾值系統(tǒng)隨機共振技術(shù)所恢復的圖像只是統(tǒng)計意義上的結(jié)果，需要將大量 處理后的圖像進行疊加以達到復原目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有圖像濾波的復原技術(shù)在低信噪比情況下不能取得良好的效果，提 供了一種雙穩(wěn)態(tài)隨機共振二值圖像復原方法。本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)隨機共振二值圖像復原方法，包括以下步驟步驟(1)對含噪二值圖像分別按行和列掃描得到兩個一維序列；步驟(2)對每個一維序列中的每個像素值減去128 ；步驟(3)將每個一維序列輸入至對應的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，得到對應的兩列輸出信號；步驟(4)調(diào)節(jié)對應的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)，使得雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的輸出達到最佳隨機共振 狀態(tài)。具體方法為計算雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的互信息熵，當互信息熵達到極大值時，固定此時的雙 穩(wěn)態(tài)參數(shù)值，此時的輸出序列即為雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的最佳輸出；步驟(5)將得到的最佳輸出信號作為相應的復原后信號序列，并將其恢復成二維 信號；步驟(6)將恢復的兩個二維信號輸入判別器，判別器經(jīng)判別后輸出復原后的二值 圖像。判別器的判別方法為若以行掃描獲取的一維信號作為雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的輸入信號，從而 得到的輸出二維信號在相應位置上的值大于另一個二維信號，則該位置上的像素值為255 ； 反之，該位置上的像素值為0。本發(fā)明方法所具有的有益效果為本發(fā)明將雙穩(wěn)態(tài)隨機共振應用于圖像復原領(lǐng) 域，相比于傳統(tǒng)圖像濾波復原方法，本發(fā)明魯棒性好，抗強噪能力強，適合恢復被強噪聲所 污染的圖像。


圖1為本發(fā)明方法基本原理圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明決非僅限于所介紹的實施 例。如圖1所示，一種雙穩(wěn)態(tài)隨機共振二值圖像復原方法包括如下步驟步驟⑴設含噪二值圖像1有N行M列，則其總像素值為NXM，對含噪二值圖像1 分別按行和列掃描得到一維序列SMW(m)和S-On)(其中Sraw(m)和S-Oii)分別表示按行和 按列掃描后得到的第m個像素的像素值，m= 1，2，3…，NXM)；步驟(2)含噪二值圖像1的像素取值范圍是
。因為雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4要求輸 入信號為雙極性信號，據(jù)此，將含噪二值圖像1的像素取值范圍映射到[-128，127]，即每個 像素的像素值減去128，得到的兩個一維序列Sraw' (m)2和S。/ (m)3；步驟(3)雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4表達式如下
dx<formula>formula see original document page 4</formula>式中，X為系統(tǒng)的輸出信號，a、b為正數(shù)，f(t)為輸入信號，I (t)為噪聲項。在 這里假設輸入噪聲I (t)為均值為0的高斯白噪聲，其自相關(guān)函數(shù)滿足<1 (t) I (0)> = 2D 6 (t)，D表示噪聲強度，8 (t)表示沖激函數(shù)。將步驟(2)得到的兩個一維序列Sraw' (m) 2和S。。/ (m) 3分別作為雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的 輸入信號，得到雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的兩列輸出信號；步驟(4)在信息理論中，互信息熵描述了信息傳輸?shù)亩嗌?，能夠準確地反映系統(tǒng) 輸出性能的優(yōu)劣。根據(jù)步驟(3)的輸入序列和輸出序列，計算雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4的互信息熵，并 將其作為衡量指標，調(diào)節(jié)雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)當互信息熵達到極大值時，表明雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)處于 最佳隨機共振狀態(tài)，固定此時的雙穩(wěn)態(tài)參數(shù)值，此時的輸出序列Sraw“ (m)和S。。/' (m)即為 雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4的最佳輸出，且此時的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4輸出在保持一定穩(wěn)態(tài)誤差前提下，獲得了 盡可能快的響應速度，系統(tǒng)的輸出性能達到最佳；計算互信息熵H(Sin，S。ut)的公式為<formula>formula see original document page 4</formula>其中，Sin表示輸入信號，S-表示輸出信號，Pin(i)表示輸入信號值為i的概率， Pout|in(j|i)表示當雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4輸入信號值為i時，系統(tǒng)輸出信號值為j的條件概率。通 過計算雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)4對信號響應的互信息熵，可以定量地衡量系統(tǒng)的輸出性能是否達到最 優(yōu)狀態(tài)；步驟(5)將步驟⑷得到的兩列最佳輸出信號SMW" (m)和Sral" (m)作為相應的 復原后信號序列，并將其恢復成兩個二維信號IMW(k)⑴和I-G0 (1)，其中，k = 1,2,…， N ；1 = 1,2,…，M ；步驟(6)為了減小判斷誤差，取步驟(5)所涉及的兩個二維信號Iraw(k)⑴和Icol(k) (1)通過判別器5，判別器5的具體判別規(guī)則如下若Irow(k) (1)大于Icol(k) (1)，則 該位置上的像素值為255 ；反之，該位置上的像素值為0。<formula>formula see original document page 5</formula>其中S。ut(k)⑴為最終的輸出結(jié)果，即為復原后的二值圖像6。
權(quán)利要求
基于雙穩(wěn)態(tài)隨機共振機制的二值圖像復原方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1)對含噪二值圖像分別按行和列掃描得到兩個一維序列；步驟(2)對每個一維序列中的每個像素值減去128；步驟(3)將每個一維序列輸入至對應的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，得到對應的兩列輸出信號；步驟(4)調(diào)節(jié)對應的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)，使得雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的輸出達到最佳隨機共振狀態(tài)；具體方法為計算雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的互信息熵，當互信息熵達到極大值時，固定此時的雙穩(wěn)態(tài)參數(shù)值，此時的輸出序列即為雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的最佳輸出；步驟(5)將得到的最佳輸出信號作為相應的復原后信號序列，并將其恢復成二維信號；步驟(6)將恢復的兩個二維信號輸入判別器，判別器經(jīng)判別后輸出復原后的二值圖像；判別器的判別方法為若以行掃描獲取的一維信號作為雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的輸入信號，從而得到的輸出二維信號在相應位置上的值大于另一個二維信號，則該位置上的像素值為255；反之，該位置上的像素值為0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙穩(wěn)態(tài)隨機共振機制的二值圖像復原方法。現(xiàn)有的圖像復原方法效果差。本發(fā)明方法首先對含噪二值圖像分別按行和列掃描得到兩個一維序列，對每個一維序列中的每個像素值減去128；其次輸入至對應的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，得到對應的兩列輸出信號，調(diào)節(jié)對應的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)，使得雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的輸出達到最佳隨機共振狀態(tài)；然后將最佳輸出信號恢復成二維信號；最后將恢復的兩個二維信號輸入判別器，判別器經(jīng)判別后輸出復原后的二值圖像。本發(fā)明方法魯棒性好，抗強噪能力強，適合恢復被強噪聲所污染的圖像。
文檔編號G06T5/00GK101799917SQ201010130999
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者沈?qū)W麗, 范影樂, 陳可 申請人:杭州電子科技大學