Image Deblur

1. 图片模糊

有多种原因会造成图片的模糊，主要有以下两种

• 运动模糊，因为在曝光时间内相机或者被摄对象运动造成
• 失焦模糊，因为对焦失败，被摄物体不在景深范围内造成

2. 运动模糊

首先考虑运动模糊

本质就是一个运动模糊核（Box filter）和清晰图像的卷积，频域上是一个sinc函数

难点

• 卷积核难以获取，和远近、运动速度和方向都有关
• 背景分割
• 卷积核丢失了高频信息，恢复之后信噪比低

做一些假设，降低问题的难度

• 只有相机运动，这样卷积核基本固定

假设已知卷积核，那么就可以通过逆变换得到原图像

这里又有不同的方法

• 直接逆变换，求模糊核的频域逆变换再和模糊图像卷积
• 维纳滤波，基于均方差最小的原则重新设计的滤波器

2.1. 实验

取一张清晰图片，人为加上一个方向的运动模糊，尝试去噪

• 在运动较小时，两者都能恢复结果，直接逆变换的效果更好

• 在运动较大时，直接逆变换没法恢复结果，维纳滤波可以复原

import cv2
from cv2 import norm
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.metrics import balanced_accuracy_score
from numpy import fft

## Read Image and info
image = cv2.imread('test.jpg')
img_h, img_w = image.shape[:2]

## Make sure the image is between 0-255
def normal(array):
array = np.where(array < 0,  0, array)
array = np.where(array > 255, 255, array)
array = array.astype(np.int16)
return array

## Motion Kernerl Defined by user
def MotionKernel(img_h, img_w,size):
blur_kernel=np.zeros((img_h, img_w ))
blur_kernel[int((img_h - 1)/2):int((img_h - 1)/2)+size, int((img_w - 1)/2)] = np.ones(size)
return blur_kernel/size

## Direct Inverse filter
def InvFilter(img,kernel):
input_fft = fft.fft2(img)
PSF_fft = fft.fft2(kernel)
result = fft.ifft2(input_fft / PSF_fft)
result = np.abs(fft.fftshift(result))
return result

## Use Wiener Filter to adaptive deblur
def WienerFilter(img,kernel,K=0.01):
input_fft = fft.fft2(img)
PSF_fft = fft.fft2(kernel)
PSF_fft_1 = np.conj(PSF_fft) / (np.abs(PSF_fft) ** 2 + K)
result = fft.ifft2(input_fft * PSF_fft_1)
result = np.abs(fft.fftshift(result))
return result

## Blur the image
blur_kernel=MotionKernel(img_h,img_w,11)
blurred = cv2.filter2D(image, -1, blur_kernel)

## Deblur in every channel
b_gray, g_gray, r_gray = cv2.split(blurred.copy())
Result=[]
Result2=[]
for gray in [b_gray, g_gray, r_gray]:
channel =InvFilter(gray,blur_kernel)
channel2 =WienerFilter(gray,blur_kernel)
Result.append(normal(channel))
Result2.append(normal(channel2))
deblur_inv=cv2.merge([Result[2],Result[1],Result[0]])
deblur_wie=cv2.merge([Result2[2],Result2[1],Result2[0]])