基于小波变换的微光图像降噪方法研究(2)
1.2 本课题研究的意义
微光光学系统、图像像增强器、微光CCD等器件是微光成像系统的主要组成部分。因为这些器件以及微光成像系统的工作条件，得到的图像信噪比、分辨率以及对比度都比较低，而且会产生噪声附加在图像里。
噪声的存在会严重影响图像的质量并给后续的图像处理带来相当大的困难，故而需要对图像进行去噪处理，以保证图像分割、边缘检测、特征提取等后续处理的效果。因而，对图像去噪的研究一直是数字图像处理领域基础而至关重要的一方面，对高性能图像滤波器的研究一直是众多学者关注的焦点，并有着重要的意义。
1.3 本课题研究背景及现状
1.4 本文内容安排和研究内容
本文采用的小波阈值去噪方法为小波硬阈值去噪方法，小波硬阈值去噪方法就是通过设置某种阈值，然后比较小波系数和已经设置好的阈值，置零比阈值小的系数，而保持比阈值大的系数。
本课题是基于EMCCD器件进行研究的。EMCCD成像器件采用芯片上电子增益技术，而采用这种技术具有高灵敏度、高分辨率、高读出速度、低噪声和许多其他优势，特别是在微光快速成像中的应用。EMCCD 的噪声来源主要包括4个方面：光子散粒噪声、暗电流噪声、时钟感生电荷噪声、读出噪声。
本文由以下几部分组成：第一部分介绍了本课题的研究意义、背景及内容安排。第二部分对获取图像的微光成像器件EMCCD进行了简要介绍，叙述了其工作原理和特点，并介绍了器件中常见的几种噪声。第三部分介绍了数字图像处理方面的知识，包括数字图像中常见的几种噪声模型，并分类介绍了几种常用的小波变换图像去噪技术，并比较了其优缺点。着重提出并分析了小波阈值去噪方法，并详细阐述了其算法及工作原理，通过对实际图像的处理和数据测试，分析了该方法的处理结果及其在图像边缘细节处的优势，并与其它现有滤波算法做了对比。最后，给出了本文的结论。
2 EMCCD的工作原理和噪声模型
EMCCD与传统CCD相比，加入了一个可控的倍增寄存器。这个寄存器可以放大倍增信号电荷。而且克服了许多传统CCD成像的缺点，具有量子效率高，灵敏度高和信噪比高的优点，在高增益条件下有效读出噪声小于一个电子，消除了器件工作频率因读出噪声的限制，具有实时动态检测的固有优势，它的探测灵敏度可高至检测单个光子。因为其优越的成像质量，所以其军事、医学、天文等许多领域都有应用。
2.1 EMCCD组成及工作原理
电子电荷倍增耦合器件（Electronic Multiplying Charge Coupled Device,EMCCD）是一块由二文矩阵排列的光电传感器或像素组成硅基半导体芯片。EMCCD的“片上增益”这一功能主要通过在移位寄存器的后面加增益寄存器实现。这种寄存器先倍增信号，然后才产生噪声。而且读出噪声不对信号影响产生影响，或对信号有很小的影响，因而能提高较大的增益从而得到较好的信噪比。
EMCCD的结构与传统的帧转移CCD的结构类似，都是由成像区，存储区，读出寄存器组成，它只是在读出寄存器和输出放大器之间添加了一串增益寄存器结构，从而使得信号电荷在增益存储器中得到一定的倍增放大然后输出。
图 2.1 EMCCD组成
EMCCD也属于CCD器件一种，其工作模式与传统帧转移CCD类似，可以分为以下5个步骤：（1）在积分周期内，成像区将光信号转化成信号电荷；（2）成像区电荷在场转移信号的控制下将信号电荷转移到存储区；（3）存储区电荷在行信号的控制下被转移到读出寄存器；（4）读出寄存器将电荷转移到倍增寄存器，并使电子倍增；（5）倍增后的电荷经过低噪声读出放大器读出，并转换成电压输出。