Обработка и фильтрация изображений. Особенности изображений как информационных процессов. Типы помех и искажений, их свойства и модельные представления, страница 4

14.2. Типы помех и искажений, их свойства и модельные представления

            Вернемся к определению изображения, данному в подразделе 14.1. В любой практической ситуации невозможно формирование идеальной, абсолютно точной оценки пространственного распределения. Этому в той или иной степени препятствует множество разнообразных факторов, включая:

-  случайный характер излученных или отраженных объектом сигналов; внешние шумы;

-  несовершенство СФИ, в том числе отличие ее аппаратной функции от пространственной d-функции, внутренние шумы, ограниченное время формирования изображения, неидеальность устройств и блоков и т.п.;

-  неидеальность среды распространения колебаний, в частности, ее турбулентность, различное затухание в зависимости от дальности до элемента сцены;

-  возможное взаимное перемещение СФИ и сцены в процессе формирования изображения (экспозиции);

-  возможные погрешности канала связи, ошибки кодирования и декодирования при передаче изображения по некоторой линии связи, от СФИ (или ее носителя) на пункт регистрации, обработки и хранения;

-  ошибки квантования и дискретизации при преобразовании данных в цифровой вид и т.п.;

            Перечисленные выше факторы приводят как к систематическим, так и случайным ошибкам. В конкретной ситуации обычно имеется один или несколько факторов, негативное влияние которых на качество сформированного изображения является превалирующим; влиянием остальных можно пренебречь. Поскольку при формировании изображения принятые сигналы в СФИ подвергаются той или иной первичной обработке, то влияние  перечисленных выше факторов проявляется на изображении в виде некоторых специфических эффектов, искажений и помех.  Рассмотрим наиболее характерные из них.

            Многим приходилось сталкиваться с эффектами «смаза» и дефокусировки. Они возникают вследствие ограниченной разрешающей способности СФИ, влияния среды распространения колебаний, взаимного движения СФИ и объекта. Одним из способов учета этих эффектов на изображение является использование интеграла типа свертки

                                                                                                     (14.2)

где  - пространственные координаты, h(q_x-q_x^',q_y-q_y^') - пространственно-инвариантная передаточная функция (функция рассеяния точки, аппаратная функция СФИ), вид которой зависит только от разностей координат Dq_x=q_x-q_x^', Dq_y=q_y-q_y^'. 

            Характеристики (вид) функции рассеяния точки h(q_x-q_x^',q_y-q_y^') могут быть как с достаточной степенью точности известны заранее, так и неизвестны. В первом случае процедуры вторичной обработки , целью которых является получать более точную оценку с использованием  (14.2), называются восстановлением, или реконструкцией, во втором, более сложном случае речь идет о восстановлении «вслепую» (blind deconvolution).  Успешному решению обеих задач препятствуют другие факторы, не учтенные в упрощенной модели (14.2), в частности, аддитивный шум.

            Другим характерным типом искажений, которые могут быть как систематическими, так и случайными, является сдвиг строк изображения. Такие искажения возникают при формировании радиометрических изображений с использованием механических сканеров или элементов СФИ, при ошибках синхронизации или движении объекта и т.д. в телевизионных изображениях. Пример изображения, сформированного системой ДЗ, установленной на украинском спутнике „Січ” и искаженного взаимным сдвигом строк, приведен на рис. 14.4, а.

а)                                                           б)

Рис. 14.4. Исходное изображение (а) и результат его обработки (б)

            При известных характеристиках такого рода искажений (числе отсчетов, на которые сдвинуты соседние строки) этот эффект легко устраняется (см. рис. 14.4,б, где показано изображение на рис. 14.4,а после устранения межстрочного сдвига и подавления помех). Если же сдвиги строк – случайные величины, то задача устранения искажений становится гораздо более сложной.