轮廓波变换的理论研究与应用 博士学位论文

轮廓波变换的理论研究与应用 博士学位论文

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1、博士学位论文轮廓波变换的理论研究与应用学位申请人:学科专业:模式识别与智能系统指导教师:答辩日期:IIADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonContourletTransformTheoryandApplicationPh.D.Candidate:XinwuCHENMajor:PatternRecognitionand

2、IntelligentSystemSupervisor(s):Prof.XubangSHENProf.JinwenTIANHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaFebruary,2006III独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方

3、式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书保密□,在年解密后适用本授权书。不保密□。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日

4、III摘要如何有效的进行数字图像表示,是计算机对数字图像处理、分析和理解的首要任务之一。对于数字图像的描述,希望采用类似于小波的方法,要求描述方法除了具备小波的多尺度、局部化和无冗余等特征外,还希望其具备多方向、移不变、相位信息等优势。本文的重点在于寻求更有效的数字图像表示方法并探讨其在数字图像处理领域的具体应用。文章分析了小波变换的基本特征,指出小波变换的优势与不足。从小波包采样矩阵的角度,分析了多方向信息描述的思路,进而引出了轮廓波变换,并将其与轮廓波变换建立了有机的联系。在对轮廓波变换的基本原理进行

5、了深入的剖析之后,更准确的分析了自然图像在轮廓波域的统计特性。针对基本轮廓波变换的一些缺陷,许多学者提出了几种新型的轮廓波变换,这些变换包括:无下采样轮廓波变换、全相位轮廓波变换、CRISP轮廓波变换、双树结构的复数轮廓波变换、基于小波和方向滤波器架构的轮廓波变换、基于小波和基本轮廓波混合架构的轮廓波变换等。文章针对各种不同的轮廓波变换,分析了每一种轮廓波变换的优缺点以及合适的应用场合。针对第二代轮廓变换(YueLu2006)的版本之一-contourlet-2.3(冗余度为2.3),分析了高斯白噪声图像

6、在轮廓波域的统计特性,提出了一种有效的消噪方法,即基于样本噪声法的轮廓波消噪方法。该方法采用标准高斯白噪声在轮廓波域每个方向子带的特征参数对基本的3σ(在最细节尺度上使用4σ)准则进行修正,并在硬阈值消噪之后,在空域进行二维自适应维纳滤波,进一步改善视觉效果和提高峰值信噪比。相比于传统的蒙特卡罗方法,该算法具有速度高,运算量小,所需要的内存空间少,消噪效果好的优势。针对轮廓波变换缺乏相位信息并具有移变特性的缺陷,文章构造了一种基于双树复数小波变换和方向滤波器级联的新型轮廓波变换。该变换结合了双树复小波变换

7、的移不变特性和方向滤器冗余度为1以及方向信息的高效提取特性,具有较低的冗余度、丰富的相位信息和较高的移不变水平。利用该变换在变换域特殊的数据结构,提出了实数和复数两种数据结构的消噪方法。大量的实验结果表明:将该变换应用于图像消噪领域,无论哪一种数据结构组织方法,均具有较好的视觉效果以及较高的峰值信噪比,在较强的噪声强调下,后者略显优势。另外,在该变换的基础上,提出了两种基于图像纹理的检索系统构造方法:该系统采用Canberra距离作为相似度度量标准,复数轮廓波变换域上子带系数的实数和复数两种数据结构,以1

8、53标准偏差和能量作为基本特征来提取特征向量,针对Brodatz纹理库中的109幅纹理图像进行实验的结果表明:采用复数数据结构比采用实数数据结构具有更高的检索率、更短的特征向量、更少的检索时间,与基本轮廓波检索系统相比,本方法具有更大的优势。为了进一步改善轮廓波变换的特性,在研究B样条理论的基础上,构造了一类基于B样条的半延迟双正交移不变小波滤波器组。实验仿真结果表明:该类小波滤波器具有完美的线性相位特性和比较满意的幅频特性。

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