TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.6, Jun e  201 4, pp. 4438 ~ 4 4 4 3   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i6.547 9          4438     Re cei v ed  De cem ber 2 2 , 2013; Re vi sed  Febr uary 15,  2014; Accept ed Feb r ua ry  28, 2014   Underground Image Denoising      Zhang Ye, JIA Meng*   Dep a rtment of Electrical E ngi neer ing, Xi n x ia ng  Un iversit y ,   East Jin Sui Street, Xi n x ia ng  cit y , Hen an pr o v ince, Ch ina   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : tianshi _cd@ 163.com       A b st r a ct   A Mixed W i n d o w  Shrink a n d  BayesS hrink  Imag e D eno i s ing A l gor ith m  Based  on C u rve l e t   T r ansform is  pr opos ed  in t h is  pap er. Curv e l e t transfor m  is   effective i n  pr e s entin g l i ne  a n d  surfac e pr op erty  of i m a ge. In  th e pr opos ed  a l g o rith m, C u rvel e t  transfo r m  is  e m p l oy ed for  th e first stag e, th en  accord in g t h e   theory of  im age dem ising  m e thod  bas ed on Wav e let  transform , we  com b ine Window Shrink  and  BayesShr ink d eno isin g al gori t hm to perfor m  noise re ducti o n . Experi m e n t results show  that the pro pos e d   a l go ri thm  i s  co mp e t i t i v e  to  Wa ve l e t tra n s fo rm  in  te rm s o f  Pe a k  Si gna l  to  N o i s e  Ra ti o  (PSN R )  and  den oisi ng i m ag e qua lity.     Ke y w ords : cur v elet transfor m , imag e de no is e, hard thres h o l d, ada ptive co efficient         Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Wavelet tra n s form  ha s be en wid e ly used in the tra d itional meth ods to  remov e  noise   from ima ge . T houg h the   wavelet tran sform h a ve th e be st b a se whe n  it re pre s ent s ta rg e t   function whi c h h a s dot  singula r ity [1], it can  ha rdl y  get the be st ba se wh en it present  the   sing ularity of line and hyper-plan e . This ma ke s the traditional two-dime nsio nal wav e let  transfo rm in  dealin g with t he imag e ha ve some  li mitations. To  overcome th e a bove-m ention e d   sho r tco m ing s  that Wavelet  tran sform  h a s,  Dono ho, and some   ot her peopl p r omote Cu rvelet  transfo rm th e o ry. The a n isotropy of  Curvelet tr an sform theory i s  v e ry c ondu civ e  to present the  edge of the i m age.       2. Res earc h  Method   Cruvelet Tran sform wa s d e veloped on  the bas is  of Ridegelet Tra n sform, and  Ridgelet  transform is introduced first.    2.1. Ridgelet Transform   Ridg e let tran sform  (RIT ) o v erco me s the  wea k ne ss of wavelet tran sform re pre s e n ting in  two or hig h e r  dimen s ion s  [2]. Ridgelet transfo rm  can  be define d  as follows [4]. Set satisfying the  conditions:    2 2 () d           ( 1 )     Ridg elet funct i on 22 ,, : ab R R  of the two-dime nsi onal  spa c e i s  defin ed as:     1/ 2 ,, 1 2 () ( c o s s i n ) / ab x ax x b a         ( 2 )   And, a repre s ent s the Ri dgelet scale;  b stand s for Ridg elet p o sition;  repre s ent s   Ridg elet di re ction. Given   the dual  inte gral fu nctio n () f x , we  ca n defi ne continu o u s   Ridgel et  trans form (CRT) in the  2 R  as:  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Und e rg ro und  Im age Denoi sing (Zha ng  Ye)  4439 2 ,, (, , ) () AB f R CRT a b f x d x         ( 3 )     For a straigh t  line with the singul ar m u lti-varia b le functio n , Ridg elet transfo rm has a  good a pproximation pe rformance [6].    2.2. Radon T r ansform   Ridg elet tra n s form  is a c hi eved by  Ra d on tr an sform  in the  do mai n  of o n e - dim ensi onal  wavelet t r ansform. For the func tion (, ) f xy in 2 (, ) x yR   plane, th Radon  tra n sfo r m is the   function at all  angle s  on a  straig ht line p r oje c tion, [7, 8] as:    (,) ( , ) ( c o s s i n ) f R fx y x y d d   (,) [ 0 , 2 ) R   (4)     is the  u n it p u lse  fun c tion , and   the   Ridg elet tran sform   coefficient  (, , ) f Ra b of  (, ) f xy  can be  carrie d out on its Radon tra n sfo r m c oefficie n ts of wavelet transfo rm to be   12 (, , ) ( , ) [ ( ) / ] ff R ab R a b a d         ( 5 )     Acco rdi ng to the Fou r ier Projectio n  Theo rem:     (c o s , s i n ) ( , ) it f f Re d t          ( 6 )     2.3. Curv elet Transform   The edg es  of natural ima g e  are alm o st  in cu rv e, so the Rid gelet a nalysi s  of the images  of the e n tire  singl e-scale i s  n o t very  effective.  To  si n gular curve  with the multi - variabl e fun c ti on,  its performan ce is only cl ose to the equivalent  of wavelet tran sform. In ord e r to solve the  sing ular curv e with  the  mu lti-variabl e fu nction  of the   spa r se a p p r o x imation p r ob lem, we   can  turn  to Curvelet transfo rm. The  basi c  step s a s  sh own in Figure 1:   a)    Sub-ban d Decom p o s ition .  Through the  wavelet tran sform it divided into a number  of sub-ban d compon ents [3 ]. For the  NN  image f, the first brea k will be:     00 1 I i i f Pf f             ( 7 )     0 Pf is for the l o w-frequ en cy comp one nts,  and  1 I i i f  are fo r the hig h  freque ncy  comp one nts.   b)  Smooth Pa rtitioning [5]. E a ch  sub-ban hig h -freque ncy  sub - divid ed into  a n u m ber  of piece s , wit h  different su b-comp one nt divi sion of the  sub-blo ck  size can b e  different.     () S s QS Q Q fw f           ( 8 )   Q w  represented i n  binary box  as:      11 2 2 [ / 2 , ( 1 )/ 2 ] [ / 2 , ( 1 )/ 2 ] s ss s Qk k k k        ( 9 )     And it i s  the   set of  sm ooth  functio n . Thi s  step allo ws  ea ch su b-ba nd wa s smo o t hed  by  wind ow fun c ti on blo ck.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4438 – 4 443   4440 Ridg elet de compo s ition [ 9 ]. Each  sub - ban d smoot h partition  of  the su b-blo ck i s  fo r   Ridg elet tran sform.           Figure 1. Curvelet Tran sform Flow Chat       3. Curv elet Transform  Used  in Image Noise-remov i n g   The metho d  of Windo w Shrin k -im age -removing noi se is very imp o rtant in the theori e s of   wavelet. T h ro ugh th e a dap tive pro c e s si ng to  the  par ameter of  wa velet, it ca n a c hieve  the  go al   of removing n o ise. Thi s  arti cle ap plie s the theor y in Curvelet pa ram e ter processi ng for removi ng   noise.  Set  , ij d  is the  p a ram e ter whi c h i s  from  curvelet-tran s forme d  n o ise-image,  ch oo se a  , ij d  cente r ed  wi ndo w of n × n  as the  pro c essing  su bje c t. Figure 2 i ndicate the  wind owShi n w h en  n is 3 .   Ea c h   o f   , ij d  following  the  pro c essing  bel ow  (If  , ij d  is in th e e dge  of the  pa ramete r- matrix, then ignore it):          Figure 2. Illustration of the Neig hbo rh o o d  Wind ow a n d  Curvel et Co efficient       B l oc k  i m age nn 2D FFT Or ig in a l  im a g e T o  c a r r y ou t s u b- ba n d  f i l t e r F o r  t h e  s m oot h c o nd uc t  o f   e a c h s u b- ba n d  bl o c k Ea c h  s u b - z o n e  o f ea c h  b l o c k   t o c a r r y ou t  an a l ys i s o f  t h e R i d g el et Ra d o n  f a ct o r R i d g el et  f a c t o r O n e - d i me ns i o na l  in v e r s e FF T On e - d i m e n s ion a l WT 2 nn 2 nn Po i n t  o f vi e w Fr e q u e n c y w i nd o w s h r i nk T h e  cu rv e l e t c o e ffi c i e n ts  to  b e th r e s h o l d e d 33 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Und e rg ro und  Im age Denoi sing (Zha ng  Ye)  4441 Firstly, we ca n get the sum  of all the parameter’ s  squ a re in the n × n-wi ndo w [12 ]   (1 ) / 2 ( 1 ) / 2 22 ,, (1 ) / 2 ( 1 ) / 2 in j n ij p q pi n q j n Sd             ( 1 0 )      ,0 0, 0 XX X X           ( 1 1 )     Set Symbolic function:     22 2l o g n  .                                                 (12)    is the varia n c e of Ga ussi an white  noi se  in the im age, then  sh rinki n g - proce ssi ng  para m eter i s   22 ,, 1/ ij ij S            ( 1 3 )     After removin g  noise, the param eter can  be cal c ulate d  as:     ' ,, , ij ij ij dd               ( 1 4 )     The metho d   of Windo wShi nk de pen ds  o n  the wi n d o w ’s scale. If the  windo w i s  too small,  it fails to re move noi se.  While if th wind ow i s  to o big, the n  it  ca uses  re co nstru c ted  im age  distorted. Usually the wi ndow will be set  at 3×3 5 × 5, or 7×7 scale.     3.1. Summarize of Ba y esShrink-remo v i ng Noise Metho d   We set  2 D  as the varian ce of an image  con t aining noi se,   2 is the varian ce of noi se,  and  2 X  is the Original imag e’s variance. We  also that noi se varia n ce:                , 0 . 67 45 ij M ed ia n d            ( 1 5 )     , ij M ed i a n d is media n  in  the param eters of   the low-f r eq uen cy  sub-ban d after the  transfo rmatio n . We can g e t the variance of a  noise  containe d M×N image th ro ugh the form ula:                                  22 , , 1 D ij ij d MN            ( 1 6 )     The varia n ce of original im age:      22 XD            ( 1 7 )     Setting Thre shold is 2 X , then begin the p r o c e ssi ng of re moving noi se  [9].        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 6, June 20 14:  4438 – 4 443   4442 3.2. Images Denoising b y  the Combination of  Wi ndo w S hrink  and Bay esShrink   Thoug h the  Wind ow Sh ri nk the o ry h a ve sh rin k  fa cto r s to  dispo s the co efficien t to clean   noise  u s ing  a ada ptive way, the theory have a  di sa dvantage th at the noi se m u st be the  Ga u s Noi s e a nd  we  sho u ld  kn ow the Vari an ce  first  [11]. Thi s  ma ke s the   method  have  some  limits.T he  BayesShri n k theory ca n concl ude   the Varian ce   by  t he tran sform ed fa ctors, b u t it u s e s  a  v e ry  simple  ha rd t h re shol d valu e method to   clea n noi se,  whi c h me an s it use s  the  same threshol d to   deal with all factors, and it can’t deal with the  noise very well [10]. In order to overcom e  the   disa dvantag e s  of the two  method s ab o v e, we  acce p t  both the adv antage s of Windo wShrin and   BayesShri n to filter the noise.   Firs tly, we estimate Varianc e 2 X  of the orig inal pictu r e u s ing Baye sS hrin k theo ry, then  we calculate   usin 2 X  instea d of  the noise Varian ce 2 su ch a s :      22 2l o g X n             ( 1 8 )   A t  last  we ca n get  sh rink f a ct or , ij  and figure o u t the noise co effici ent by taking  advantag e of , ij     4. Simulation  We  ca n u s e  the meth od  d e scrib ed i n  th e pa per to di spo s e  imag Lena  an d Pe pper to   see  the validi t y of the met hod, an we  can  also  co mpared the  result  of it to  the re sult  of  the   wavelet m e th od. We a dopt  a 5/3  Double  Qua d ratu re  Wavelet Filter  and   5 × 5 win dows of  Wi nd ow  Shrin k  filter. The re sult a s  the followin g  table:       Table 1. The  Re sult of PSNR of Di sp osi ng Vario u Noise s  in Different Ways  Transform  metho d =20      =30  Wavelet   transform   (PSNR)   Window Sh rink 27.0654   26.5289   Ba y e sShrink   28.3811   27.6625   Proposed metho d   29.6792   29.0285   Curvelet  Transform      (PSNR)  Window Sh rink 27.8318   26.9634   Ba y e sShrink 28.9546   28.1325   Proposed metho d   30.0965   29.5694       From Ta ble 1, we can  se e that the result s of the method de scribed in the  article a r better than  result s of Wi ndo wShri n and Baye sS hrin k. Thou g h  Wind owS h rink  Theo ry  have   adopt  ada ptive way to  rem o ve noi se, it   only con s ide r ed the  trait  of noi se  rath er  than that  of t h e   image to calculate and di spose the co e fficient by  noise Vari an ce; it can’t remo ve the noise  of   each ima ge  of their o w n t r ait. BayesSh r ink ma ke  use of the Va ri ance of the i m age, b u t it use s   the same h a rd threshold t o  the transfo rm coeffici e n ts to remove  noise and it can’t deal with  th e   transfo rm co efficient ba se d on their different fre quen cy band coefficient, whi c can lea d  to key  informatio n coefficient lo st  in sm all a r e a  and  ma ke i m age  disto r tion. The  meth od de scrib e d  in  the pap er u s e the Va rian ce  of ori g inal  image  to  cal c ulate,  but th e Varia n ce o f  origin al ima ge  come s from t he estimatio n  of Variance  of noi se cont ained ima ge and the Vari ance of noise   image. It include s both the  information o f  the image and noise, so i t  can rea c h a  better result by  usin g ad aptive thre sh old t o  rem o ve noi se. We  can  a l so  see th at  whi c heve r  m e thod  we  cho s e,  the PSNR of  Cu rvelet tra n sform  a r h i gher than  Wavelet tran sf orm. Thi s  i s   partly be ca u s Curvel et tran sform n o t onl y inherit the multiple  re sol v ing rate and  dot odd ch aracter  of Wav e let  transfo rm, bu t also represent the line a nd plan e, so  i t  can do  clo s er to the ima ge. The Fig u re  3   have sh own  different met hod s in  =20. We can see that the re sult of noise rem o ving are a s   the same a s   what we sai d  above.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Und e rg ro und  Im age Denoi sing (Zha ng  Ye)  4443   Figure 3. Disposed Image s       5. Conclusio n   In this pape r, a new met hod of co mb ination of the Wind owSh rink  and Bay e sSh r in based o n  Curvelet transfo rm is u s ed to  remove noi se  from imag e. By experime n t, we can  se e it  has b e tter P S NR a nd we  can al so g e t  a more di stinct imag e. So the imag e we get by  our   method is b e tter and that o f  the traditional Wavelet m e thod s.      Referen ces   [1]  N Li n, Y Miao.  A ne w   dig i tal  i m pleme n tatio n  of ridg elet tra n sform for ima ges of d y a d i c l engt. 20 05; 1 :   613- 616.   [2]  JL Starck, EJ  Can des, DL D ono ho. T he curvel et transfor m  for image d eno isin, Imag e  Processin g .   IEEE Transactions . 200 2; 11: 670- 684.   [3]  S Arivazh a g a n , L Ga nesa n ,  T G  Subash  Kumar. T e xt ure cl assific a ti on  usin g ri dg elet tra n sform.  Co mp utation a Intelli genc e an d Multi m e d ia A pplic atio ns . 20 05; 321 –3 26.   [4]  M Singh, M Mand al. A  Ba su   Vi su al  g e s tu re  re co gn i t i o n  fo r g r o u n d  a i r tra f fi c co n t ro l  u s i n g  th e  R a don  transform . Intel lige n t Rob o ts a nd S y stems, IEEE/RSJ In ternation a l Co nfere n ce  on.  2 005: 258 6-25 91.   [5]  NN K a cho u i e P F i eg uth. A  Combi n e d  B a yesshri nk w a v e l e t-Rid gel et T e chni que  for Im age  De no isin.   Multimed ia a n d  Ex p o , IEEE Internat i ona l Co nferenc e on. 20 0 6 : 1917- 19 20 .  [6]  SG Chang, B  Yu, M Vetterli.  Ada p tive   w a v e let thr e sh old i ng for  ima g e   den oisi ng  an compressi on .   Im age Process i ng, IEEE Transactions on. 2 0 00; 9(9): 15 32- 154 6.   [7]  JM Lu, YQ Li,  L W ang. A ne w   meth od to r e move the Ga ussia n  nois e  from imag e in  w a vel e t domai.   Nonlinear Signal and Im a ge P r ocessing. NSIP. Abst racts. IEEE-Eurasip.  200 5: 24.   [8]  M Jia, YY F a n. T he Comput ation  of Invar i ant  Mani fo lds  w i th   Self-ad aptiv e Parameter an d   T r ajectorie s   Conti nuati on M e thod.  Acta Phys.Sin.,  2010; 59: 151- 15 6.  [9]  K Liu, H Li A. Novel D e n o isi n g Algor it hm for   Contaminate d  Cha o tic Sign als.  Journ a l of Electron ics  &   Information T e chno logy . 2 008 ; 30: 1849- 185 2.  [10]  Peng. E x pl orin g Combi nati on  of  D y n a mic Ev oluti onar y Al go rithm (EA)  w i th  Particle F ilter (PF ) Journa l   of Northw estern Polytech nic a l  University . 20 10; 28: 39 3-39 7.  [11]  G Z hang, L X   Z hu. T he Develo pment a nd  Prospect of P a rticle F ilter in g  Algorit hm.  T e chni ques o f   Auto matio n  an d Appl icatio n.  201 0; 29: 1-9.       wavelet   curvelet  W i nd ow   shr i nk  Bayes sh r i n k sPro m o ted  m e t h od  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.