图像梯度先验的图像盲去模糊复原算法

资 源 简 介

本项目主要实现了一种鲁棒的图像盲去模糊处理技术，其核心任务是在模糊核完全未知的情况下，仅从观测到的模糊图像中同时恢复出原始清晰图像和点扩散函数。该算法模块能够自动识别并补偿由于拍摄设备抖动、目标高速运动或光学系统对焦失准造成的图像退化现象。具体实现过程中，采用了基于变分推断或极大后验概率估计的多尺度优化方案，通过引入图像梯度的重尾概率分布作为先验约束，有效解决了盲反卷积中的病态反演问题。功能模块包括了图像退化模型的建立、自适应模糊核预测、非盲解卷积复原以及图像伪影抑制处理。该源码特别针对大尺度模糊核和信噪

详 情 说 明

图像盲去模糊复原系统

项目介绍

本项目实现了一种基于极大后验概率估计（MAP）与图像梯度稀疏先验的盲去模糊算法。该技术旨在解决在模糊核（点扩散函数）未知的情况下，从单幅退化图像中通过迭代计算，同时恢复出清晰图像和模糊核的挑战。该算法特别针对拍摄过程中的相机抖动、物体运动等场景进行了优化，通过多尺度优化策略保证了大尺寸模糊情形下的复全效果和计算稳定性。

功能特性

1. 多尺度金字塔处理：采用从粗到精的优化策略，通过构建图像金字塔，在低分辨率尺度下初步捕捉模糊核特征，逐步在高分辨率尺度下进行精细化调整，有效避免陷入局部最优解。
2. 稀疏梯度先验约束：在迭代过程中对图像梯度进行阈值化处理，强制保留显著的边缘特征，利用图像梯度的重尾分布特性指导模糊核的准确预测。
3. 坐标下降迭代优化：将复杂的盲反卷积问题分解为模糊核估计和潜像恢复两个子问题，通过交替迭代的方式不断逼近真实解。
4. 频域加速计算：核心矩阵运算均在频率域通过快速傅里叶变换（FFT）实现，极大地提升了处理大尺寸图像时的运算效率。
5. 非盲去模糊精修：在获取最终模糊核后，采用Richardson-Lucy算法进行最终的图像复原，在抑制伪像的同时恢复更多细节。
6. 全流程可视化监控：算法运行期间实时记录并绘制模糊核的收敛残差曲线，并展示最终的物理模糊核形态。

运行环境与系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱需求：Image Processing Toolbox（图像处理工具箱）。
• 硬件建议：建议内存 8GB 以上以处理高分辨率影像。

算法实现逻辑

程序遵循以下核心执行流程：

1. 输入与初始化：通过交互式界面读取待处理图像，支持灰度化处理与归一化。若无输入则自动生成带噪声的运动模糊模拟图像作为演示。
2. 多尺度循环：计算降采样因子，构建多层金字塔。在每一层尺度内，初始化或缩放上一层的模糊核结果。
3. 梯度预测步：计算当前估计图像的梯度，应用自适应阈值过滤微小噪声，锁定有利于核估计的强边缘区域。
4. 模糊核估计步：利用预测的梯度图与观测到的模糊图，在频域求解正则化最小二乘问题，得到当前尺度的点扩散函数，并进行物理约束（非负性与单位化处理）。
5. 潜像更新步：基于当前估计的模糊核，利用Tikhonov正则化快速更新中间图像，为下一轮迭代准备基础。
6. 最终恢复与评估：在完成所有多尺度迭代后，使用估计出的高精度模糊核对原始模糊图像进行最后一次非盲复原，并计算PSNR（峰值信噪比）指标衡量复原质量。

关键模块说明

1. 模糊核估计算法模块 该模块负责将图像梯度信息转化为物理模糊核。其核心是在频率域内通过共轭乘积运算求解目标函数。为了保证模糊核的准确性，模块引入了平滑项因子（Gamma=10），并对计算结果进行了中心化切割（fftshift）和稀疏化截断，剔除低贡献的噪声噪声点。

2. 快速去模糊迭代模块 在每一轮迭代中，为了快速获得潜像，系统使用了基于频率域的闭式解方案。通过引入水平和垂直方向的微分算子响应，在保持图像边缘的同时对逆滤波过程进行正则化约束，防止噪声放大。

3. 梯度显著性选择 这是区分盲去模糊与普通去模糊的关键。代码通过对图像梯度设置动态阈值，仅保留对模糊核计算有贡献的锐利边缘。阈值会随着金字塔尺度的降低而增大，这种自适应机制保证了算法对不同程度模糊的鲁棒性。

4. 结果可视化展示 复原结束后，系统会自动生成综合报告图表，包括：

• 对比展示：观测到的模糊图像与算法复原后的清晰图像并排对比。
• 物理核展示：将估计出的微观模糊核进行空间域放大显示，直观反映拍摄时的运动轨迹或失焦状态。
• 收敛分析：通过残差曲线展示迭代过程中模糊核的变化率，验证算法的稳定性。

使用方法

1. 启动MATLAB并将当前工作目录切换至源码文件夹。
2. 运行主函数，在弹出的文件对话框中选择需要修复的模糊图像（支持JPG、PNG、BMP格式）。
3. 如果直接取消文件选择，系统将自动加载内置的测试图像并添加人工合成模糊进行演示。
4. 观察命令行输出的进度信息及最终弹出的处理报告对话框。
5. 查看生成的复原结果图谱与模糊核收敛曲线。