GIMP/去除相干噪聲
干擾或其他疊加在影像上的規則圖案可能來自多種來源,包括
- 收集影像的裝置環境中的電磁干擾;
- 傳輸影像中的噪聲,例如由於模擬傳輸干擾或媒體降級而導致的電視靜止影像;
- 影像列印的紙張紋理,尤其是在廉價雜誌或報紙上列印時。
嘗試透過普通影像空間技術(例如複製圖案並減去它)來去除這些噪聲將極其困難,而且不太可能完全成功。有時可以透過縮小或模糊來隱藏干擾,但這很少是一種令人滿意的解決方案。有時可以使用卷積,但這是一項高階技術。
由於規則圖案在影像頻譜中具有非常小的頻寬,因此處理這些問題的簡單而有效的方法是在傅立葉分析產生的功率譜影像中識別干擾特徵,消除它們,然後轉換回影像空間。
為了完全理解您在這裡在做什麼,您應該瞭解傅立葉分析的基本原理;無論如何,按照此分步操作方法將允許您從您想要的圖片中去除任何不需要的規則圖案。
本指南面向 Linux,主要在 Ubuntu Linux 上。由於 Gimp 是跨平臺的,因此本節可以推廣到任何作業系統。如果您知道如何操作,請執行此操作。
首先,我們必須安裝所有必要的軟體。您需要的一切都可以免費從網際網路上獲得。
在 Linux 上,您需要下載並安裝
- Gimp(顯然!)www.gimp.org
- gimptool 實用程式:它應該包含在 Gimp 中。一些 Linux 發行版將其放在不同的包中。在 Debian 和 Ubuntu 上,它被稱為libgimp2.0-dev
- fftw,一個用於計算任何訊號的快速傅立葉變換的庫。您可以在www.fftw.org獲得它。它在 Ubuntu 和 Debian 儲存庫中可用,名為fftw3 和fftw3-dev
- Fourier Gimp 外掛,您可以在[1]獲取它。Debian/Ubuntu 沒有包,您需要從原始碼安裝它。
在 Windows 上,要安裝 Fourier Gimp 外掛,請從http://people.via.ecp.fr/~remi/soft/gimp/gimp_plugin_en.php3#fourier下載“Windows 二進位制檔案”,並將它的內容解壓縮到 Gimp 外掛目錄(在您的使用者目錄或 C:\Program Files\GIMP-2.x\lib\gimp\2.0\plug-ins 中的 .gimp-2.x\plug-ins)。

在右側,您看到了一個帶有一定相干噪聲圖案的花朵圖片。人們可能會使用掃描器獲得這樣的圖片。很明顯,我們想要去除的干擾遍佈整個圖片,因此很難用傳統方法去除,例如模糊、銳化或克隆。它是一種規則圖案,因此應該很容易在頻域中去除。不幸的是,去除相干噪聲會導致去除包含在與圖案相同頻率中的某些資訊。儲存這些資訊非常困難,在本教程中不會考慮它。

首先用 Gimp 開啟影像。如果它是彩色的,它將採用 RGB 格式,您需要分別操作 RGB 圖層。為此,右鍵單擊影像並選擇“影像 > 模式 > 分解”(參見左側螢幕截圖)。Gimp 將建立一個另一個具有 RGB 作為不同圖層的灰度影像
(使用 GIMP 2.6.4,“分解”可以在“顏色 > 成分 > 分解...”中找到。)

選擇RGB 並按確定(參見右側螢幕截圖)。這樣,您將獲得分解後的圖片。

選擇包含新圖片的視窗,轉到圖層視窗(如果您看不到它,請轉到“檔案 > 對話方塊 > 圖層”,它將出現)並透過單擊眼睛隱藏所有圖層,除了一個圖層。然後選擇剩餘的圖層。在左側的螢幕截圖中,我隔離了藍色圖層。現在您可以處理一個圖層,而不會影響其他圖層。讓我們使用 FFT 外掛將其轉換為它的頻譜:右鍵單擊圖片,然後轉到“濾鏡 > 通用 > FFT 正向”(再次參見左側螢幕截圖)。現在您可以操作圖片藍色圖層的頻譜。注意:嚴格來說,訊號的傅立葉變換由幅度和相位組成;Gimp 僅顯示幅度,而這是您可以編輯的唯一內容,但這足以滿足我們的目的。

檢視頻譜,您應該能夠看到明亮的小點。這些代表您要去除的噪聲的頻譜。由於它非常規則,因此它的功率將在頻域中非常集中。在右側的圖片中,您可以看到紅色圖層的頻譜,兩個閃爍的箭頭指向這些點所在的位置。選擇紅色圖層只是因為它更容易看到這些點(這也意味著大部分噪聲都包含在紅色圖層中)。您現在要做的就是刪除它們。如果您正在考慮使用擦除工具,這不是一個好主意,因為完全刪除資訊會導致頻譜發生急劇變化,從而引入更多相干噪聲。您需要平滑地刪除它們。一種方法是使用模糊工具 - 因為它具有“平均”效果;如果您在亮斑上使用它,您實際上會降低它的幅度,而不會完全刪除它們。另一種方法是使用帶有中等灰色(十六進位制表示法為 808080)的畫筆工具。您無法確切知道噪聲在哪裡結束以及您想要保留的資訊在哪裡開始。您可能需要嘗試一下才能獲得良好的效果。

刪除完這些點後,您需要透過執行反向 FFT 將其轉換回影像空間域。右鍵單擊圖片,然後選擇“濾鏡 > 通用 > FFT 逆向”,如左側圖片所示。對所有三個圖層執行相同操作。

編輯完所有圖層後(請記住對所有圖層執行反向 FFT!),您必須將它們混合起來才能恢復 RGB 圖片。右鍵單擊圖片並選擇“影像 > 模式 > 合成”(參見右側螢幕截圖)。您的圖片就在這裡!

結果在左側。仍然有一些噪聲,但圖片比原始圖片好多了!