Участник:Kiseliov/Метод регуляризации Тихонова

Автор: Киселёв Е. И.

1 ЧАСТЬ. Свойства и структура алгоритмов

1.1 Общее описание алгоритма

Метод регуляризации Тихонова заключается в следующем:

Нам дано некоторое искажённое изображение (в нашем случае мы рассматриваем статические аберрации). Фактически, некоторое изображение искажается при помощи свёртки с так называемым ядром. То есть, мы имеем уравнение Фредгольма первого рода типа свертки вида:
[math]K \circledast z =\textstyle\int\limits_{-\infty}^{\infty}\textstyle\int\limits_{-\infty}^{\infty}K(x_1-s_1,x_2-s_2 )z(s_1,s_2 )ds_1\,ds_2 = u(x_1,x_2 ), -\infty\lt x_1,x_2\lt \infty[/math]
Здесь [math]K(x_1,x_2 )∈L_2 (\mathbb{R}^2)[/math] – аппаратная функция прибора (ядро), [math]u(x_1,x_2 )∈L_2 (\mathbb{R}^2)[/math] – искаженное изображение, а [math]z(x_1,x_2 )[/math] – искомое реконструируемое изображение.

Наша задача - восстановить исходное изображение, зная параметры ядра. Метод регуляризации Тихонова говорит о том, что решение имеет вид:
[math]z(x_1 ,x_2 ) = \frac{1}{4\pi^2}\textstyle\int\limits_{-\infty}^{\infty}\textstyle\int\limits_{-\infty}^{\infty}\frac{\bar K (-\omega_1,-\omega_2)\bar u (\omega_1,\omega_2)}{|\bar K (\omega_1,\omega_2 )|^2+\alpha M(\omega_1,\omega_2)}e^{i(\omega_1x_1 + \omega_2x_2)}d\omega_1\,d\omega_2[/math]
Здесь [math]\bar K (x_1,x_2 )[/math] – спектр ядра, [math]\bar u (x_1,x_2 )[/math] – спектр искаженного изображения, а [math]M(\omega_1,\omega_2)[/math] – заданная четная функция, обладающая следующими свойствами:

1. [math]M(\omega_1,\omega_2)[/math] кусочно-непрерывна в любой конечной области
2. [math]M(\omega_1,\omega_2)[/math] неотрицательна: [math]M(0,0)\ge0[/math] и [math]M(\omega_1,\omega_2)\gt 0[/math] при [math]\omega_1,\omega_2\neq0[/math]
3. для достаточно больших [math]|\omega_1|,|\omega_2| \Rightarrow M(\omega_1,\omega_2)\ge C\gt 0[/math]
4. для [math]\forall \alpha \gt 0 \Rightarrow \frac{\bar K (-\omega_1,-\omega_2)}{|\bar K (\omega_1,\omega_2 )|^2+\alpha M(\omega_1,\omega_2)}∈L_2 (\mathbb{R}^2)[/math]

1.9 Входные и выходные данные алгоритма

Входные данные: Спектр искажённого изображения и спектр ядра свёртки. Обычно дано искажённое изображение (от которого берётся преобразование Фурье). Мы считаем параметры ядра известными. Оно генерируется, и затем от него берётся преобразование Фурье (получается спектр).

Выходные данные: Спектр исходного изображения. Спектр можно преобразовать в изображение с помощью обратного преобразования Фурье.

3 Литература

• Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. – М.: Наука, 1979.
• Тихонов А.Н., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г. Численные методы решения некорректных задач. – М.: Наука, 1990.
• Гудмен Дж. Введение в фурье‐оптику. – М.: Мир, 1970. 364 с.