圖像處理之濾波算法

一、學習心得:
在我學習基本濾波算法原理的時候,因爲剛接觸不是很理解算法具體是怎樣實現的,不過在學習了圖像形態學之後,發現濾波算法其實很簡單。所以在此建議初學者在學習濾波算法之前,可以先學習一下圖像形態學,會達到事半功倍的效果。

二、對於濾波功能的理解:
濾波算法,可以理解成一種過濾算法,就像我們篩選產品時,把次品去除掉,只留下合格的產品。而在圖像處理中的濾波算法中,處理的對象是圖像,除了去除掉圖像中不想要的像素點的值(如去除噪聲),還可以加強圖像中我們需要研究一些內容(如邊緣提取)。

三、濾波算法:
這裏所講的算法都是針對圖像空間的濾波算法,其中模板,可以理解爲圖像形態學中的結構元素,是用來選取圖像中的那些像素點被用來操作的。空間濾波根據其功能劃分爲平滑濾波和銳化濾波。平滑濾波:能減弱或者消除圖像中高頻率分量,但不影響低頻率分量,在實際應用中可用來消除噪聲。銳化濾波:與平滑濾波相反,能減弱或者消除圖像中低頻率分量,但不影響高頻率分量,可使圖像反差增加,邊緣明顯。實際應用可用於增強被模糊的細節或者目標的邊緣。

空間增強濾波技術分類:
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1、線性平滑濾波

(1)方框濾波:用一個像素的領域像素值之和作爲濾波結果,鄰域即模板所覆蓋的圖像區域,此時模板的所有係數都爲1.
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(2)鄰域平均:是特殊大方框濾波,用一個像素的領域平均像素值作爲濾波結果,即a爲第一種情。
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其中N(x,y)爲模板歲覆蓋的圖像的區域,n爲模板的尺寸。

(3)加權平均:此時的模板係數不是1,而是具體的係數。一般認爲距離模板中心的像素應對濾波結果有較大的貢獻,所以可將接近模板中心的係數取得比模板周邊的係數。
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(4)高斯平均:是一種特殊的加權平均,只不過模板中的係數由高斯分佈來確定的。

2、線性銳化濾波

(1)拉普拉斯算子
拉普拉斯算子是一種各向同性的二階微分算子,利用微分系數來確定模板係數,然後再與圖像進行卷積運算,從而實現銳化濾波。

根據拉普拉斯定義:
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兩個分別沿X和Y方向的二階偏導均可藉助差分計算:
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合併爲:
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當模板爲4-鄰域時 當模板爲8-鄰域時

這裏寫圖片描述 這裏寫圖片描述

  以上兩種模板的係數之和爲0,這是爲了使經過模板運算的圖像的均值不變。拉普拉斯算子增強了圖像中的灰度不連續區域,而減弱了圖像中灰度值緩慢變化區域對比度,將這樣的結果疊加到原始圖像中,就可以得到瑞華後的額圖像。

(2)高頻提升濾波
圖像的銳化效果可以通過疊加圖像的微分結果得到,也可以通過減除圖像積分結果得到。
設原始圖像爲f(x,y),平滑後的圖像爲g(x,y):

非銳化掩模:h(x,y) = f(x,y)-g(x,y)

銳化圖像:{ f(x,y)- g(x,y) } + f(x,y)

高頻提升濾波:把院士圖形乘以一個放大係數A,再減去平滑圖像

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可轉化爲:
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當A=1時,爲非銳化掩模;
當A=2時,爲非銳化掩模化。

3、非線性平滑濾波

(1)中值濾波:對模板下對應的像素值進行升序排序,選取中間值作爲結果。
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(2)與中值濾波類似的,還有最大值、最小值、中點濾波
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以上四種濾波也稱之爲百分比濾波,百分比濾波基於模板的排序來工作,又叫作序統計濾波。

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