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彩色图像去噪与视频采集软件设计

作　者: 纪东磊
导　师: 王学伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: Curvelet变换 YCbCr 彩色图像去噪 MPEG-4 DirectShow
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摘要在视频监控系统中,用于采集图像的视频采集卡是该系统的核心模块,它在采集图像的过程中会受到外部因素(噪声)的影响,使采集到的图像质量下降,并掩盖了重要的图像细节信息,进而为后续的图像处理(图像分割、融合和识别等)带来困难。因此,对图像的处理,首要任务是分离并去除图像噪声。小波分析方法是一个很好的用于信号分析的工具,可以比较有效地分离并去除噪声,并且该方法的研究也比较成熟。但是,对于图像信号,小波分析方法还存在一些缺陷：它具有点奇异性,在处理二维或更高维信号时,不能充分利用数据本身特有的几何特征对图像信号进行高效的表示。Curvelet多尺度分析方法弥补了小波分析方法的不足,它对具有曲线奇异性的信号有很强的方向性,其各向异性特征非常有利于图像边缘的刻画和表示。因此,采用新的分析方法,对数字图像进行高效的处理就显得十分必要。本文应用小波和Curvelet分析,深入地研究了彩色图像去噪方法,并设计了视频压缩卡的软件开发包,实现了视频监控并捕获监控图像,最后对捕获的监控图像进行去噪处理,主要内容有：(1)深入分析了彩色图像颜色空间的特点,及对彩色图像去噪的影响,选择在YCbCr颜色空间进行去噪处理,从而在不牺牲图像质量的前提下更有效地去除噪声。(2)研究了基于小波变换的阈值去噪算法,并在此基础上采用在YCbCr颜色空间进行BayesShrink和MapShrink阈值去噪的方法。该方法不仅可以更好地保持色彩信息,还能够获得较高的峰值信噪比(PSNR)。(3)深入研究Curvelet多尺度分析方法,提出了在YCbCr颜色空间Curvelet域阈值去噪方法。该方法利用Curvelet变换的特点,构造了阈值,并采用改进的阈值函数进行去噪。该方法除了能够更好的维持图像的色彩信息,它还可以更多地保留图像的细节信息,极大地降低由小波分析方法产生的图像边缘模糊并提高峰值信噪比(PSNR)。(4)设计了基于SDK的视频采集方案。使用VC++6.0设计并开发了基于PC/104plus架构MPEG-4视频压缩卡的API动态链接库和应用程序,设计了基于DirectShow的多媒体处理程序,实现视频的实时预览,捕获视频监控图像。采用提出的彩色图像去噪方法对加噪的捕获图像去噪,能够有效的去除噪声并获得较高的峰值信噪比。(5)设计了基于DirectShow的视频采集方案,在DirectShow架构下,设计并开发了基于minidriver的视频压缩卡应用软件。本文中的研究开发工作经实验证明：去噪方法正确有效,所设计的MPEG-4视频压缩卡的软件开发包功能正确并性能稳定。

全文目录

学位论文数据集  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-23
  1.1 课题研究的目的和意义  15-16
  1.2 国内外研究发展状况及分析  16-19
    1.2.1 彩色图像去噪  16-18
    1.2.2 视频监控系统  18-19
  1.3 本文研究内容及主要创新点  19-21
  1.4 论文组织结构  21-23
第二章彩色图像颜色空间转换  23-29
  2.1 彩色图像颜色空间分析  23-28
    2.1.1 RGB颜色空间  23-24
    2.1.2 CMY(K)颜色空间及与RGB之间的转换  24-25
    2.1.3 HSV颜色空间及与RGB之间的转换  25-27
    2.1.4 YCbCr颜色空间及与RGB之间的转换  27-28
  2.2 YCbCr颜色空间去噪分析  28
  2.3 本章小结  28-29
第三章基于小波变换的彩色图像去噪  29-43
  3.1 小波多分辨率分析(MRA)  29-33
    3.1.1 小波多分辨率分析及Mallat算法  29-31
    3.1.2 彩色图像的小波变换  31-33
  3.2 小波阈值去噪算法  33-36
    3.2.1 小波阈值去噪算法的实现过程  33-34
    3.2.2 小波阈值及阈值函数的建立  34-36
  3.3 彩色图像的YCbCr颜色空间小波域阈值去噪  36-41
    3.3.1 构造BayesShrink和MapShrink阈值和阈值函数  36-37
    3.3.2 彩色图像的YCbCr颜色空间小波域阈值去噪的实现  37-39
    3.3.3 仿真实验及结果分析  39-41
  3.4 小波分析方法在图像去噪中的不足及新的Curvelet分析方法的提出  41
  3.5 本章小结  41-43
第四章基于Curvelet变换的彩色图像去噪  43-57
  4.1 Curvelet多尺度几何分析理论  43-50
    4.1.1 第一代Curvelet变换  43-44
    4.1.2 第二代Curvelet变换  44-49
    4.1.3 沿着C~2曲线奇异的对象的Curvelet系数分析  49-50
  4.2 彩色图像的YCbCr颜色空间Curvelet域阈值去噪  50-56
    4.2.1 构造Curvelet域阈值  50-51
    4.2.2 改进的阈值函数  51
    4.2.3 彩色图像的YCbCr颜色空间Curvelet域阈值去噪的实现  51-53
    4.2.4 仿真实验及结果分析  53-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章 MPEG-4视频压缩卡软件开发包的设计及监控图像去噪  57-79
  5.1 视频压缩卡的结构与功能指标  57-62
    5.1.1 系统总体结构设计  57-59
    5.1.2 系统主要功能和性能要求  59
    5.1.3 PC/104plus概述  59-60
    5.1.4 DirectShow流媒体处理技术  60-62
  5.2 基于SDK的视频采集软件设计  62-75
    5.2.1 视频应用程序接口(VAPI)的程序设计  62-69
    5.2.2 视频捕获的源Filter程序设计  69-72
    5.2.3 SDK视频采集方案的应用程序设计  72-75
  5.3 基于DirectShow的视频采集软件设计  75-77
    5.3.1 流Minidriver概述  75-76
    5.3.2 DirectShow视频采集方案的应用程序设计  76-77
  5.4 视频监控图像的Curvelet域去噪  77-78
  5.5 本章小结  78-79
第六章总结与展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
研究成果及发表的学术论文  87-89
作者与导师简介  89-90
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  90-91

彩色图像去噪与视频采集软件设计

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