基于TV—維納濾波的散斑噪聲抑制

吳小虹

摘要： 關(guān)鍵詞： 中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 2095-2163（2017）04-0006-04（Information Engineering College， Shenzhen University， Shenzhen 518060， China）

Abstract： Digital holography which can conveniently and easily reconstruct the object phase information， has a higher resolution and can be observed in real time. Therefore， it is widely used in information encryption， microscopic observation， medical diagnosis，component detection and other fields. The signaltonoise ratio and resolution of the reconstructed image is seriously inuenced by speckle noise in digital holography， so it is essential to reduce the speckle noise and improve the image quality. The way to reduce speckle noise based on TVWiener filter is put forward in the paper. The experimental simulation results show that the reconstructed image by using TVWiener filter has good image smoothing effect， the speckle noise can be reduced greatly and the similarity between the original image and the reconstructed image is high.

Keywords：

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期： 0引言

數(shù)字全息是一種記錄波場(chǎng)三維信息的新型方法，可以利用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)代替全息膠片并以數(shù)字化的方式存儲(chǔ)和捕獲物體波，并用計(jì)算機(jī)仿真光源再次照射全息圖重建出物體波，從而獲得物體原始復(fù)振幅信息。與傳統(tǒng)的光學(xué)全息相比， 數(shù)字全息成像具有全視場(chǎng)、實(shí)時(shí)和定量相襯成像等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)， 已經(jīng)廣泛應(yīng)用到元器件檢測(cè)、生物細(xì)胞相襯成像、圖像加密、振動(dòng)測(cè)量等領(lǐng)域＼[1-3＼] 。然而， 數(shù)字全息成像中往往采用相干性較好的激光作為光源， 而相干光波在粗糙物體表面反射或透射時(shí)， 物體上各點(diǎn)散射的子波在空間相干疊加， 形成了空間強(qiáng)度隨機(jī)分布的顆粒狀散斑噪聲。散斑噪聲的存在大大降低了再現(xiàn)圖像的信噪比和分辨率＼[4＼]， 使系統(tǒng)成像質(zhì)量變差， 因此抑制散斑噪聲對(duì)提高數(shù)字全息再現(xiàn)像的成像質(zhì)量有重要意義。

目前主要有2種方法來抑制散斑噪聲，一是前期的光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，二是后期的數(shù)字圖像處理方法。其中，數(shù)字圖像處理方法是通過數(shù)字濾波從單幅全息圖中提取物體信息。具體來說，數(shù)字全息圖像去噪方法通常可分為如下研究方向：

1）傳統(tǒng)的濾波算法。包括中值濾波＼[5＼]、均值濾波＼[6＼]和鄰域均值濾波＼[7＼]。這類算法去噪后的圖像細(xì)節(jié)和邊緣像素失真，在點(diǎn)目標(biāo)效果上將呈現(xiàn)較大欠缺。

2）Lee濾波算法＼[8＼]。此種算法容易改變圖像的清晰度、亮度和對(duì)比度等特征。

3）小波去噪算法＼[9＼]。小波算法適合急劇驟變的信號(hào)，可以保留重要的信號(hào)或圖像特征，但是該算法計(jì)算過程卻頗顯復(fù)雜。

4）蔡曉鷗＼[10＼]利用激光散斑的統(tǒng)計(jì)特性，提出獲取帶有不同獨(dú)立散斑的再現(xiàn)像的方法，在進(jìn)行獨(dú)立再現(xiàn)像散斑迭代疊加的同時(shí)逐步減少散斑的能量，從而大幅度減小散斑噪聲。

本文根據(jù)散斑噪聲的形成特點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)特性，提出了基于TV模型＼[11＼]和維納濾波＼[12＼]融合的散斑噪聲抑制方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法處理的再現(xiàn)像邊緣和細(xì)節(jié)輪廓清晰，平滑效果好，和原圖的相似度高。

1TV-維納濾波抑制散斑噪聲

1.1散斑噪聲的形成與統(tǒng)計(jì)特性

在激光照射下，由于照射光的高度相干性和物面相對(duì)光波的粗糙性，使其在適中距離的任一觀察點(diǎn)處得到的散射回波是由許多來自表面不同的微觀區(qū)的相干組元或子波組成，相互之間可能產(chǎn)生相長(zhǎng)或相消，形成帶有散斑噪聲的物光波與參考光進(jìn)行干涉，生成散斑全息圖；重建時(shí)，散斑被全息條紋的衍射調(diào)制到各個(gè)衍射級(jí)次（再現(xiàn)像）上，從而形成再現(xiàn)像的散斑噪聲。

散斑的統(tǒng)計(jì)特性和其光場(chǎng)的概率分布有關(guān)，光場(chǎng)的強(qiáng)度I分布滿足負(fù)指數(shù)函數(shù)概率分布特性，可詳見圖1所示。對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表述則如式（1）所示：endprint