IIR遞歸高斯濾波

高斯濾波在項目裏很常用,尤其是SIFT特徵點提取的時候,PCA也要用。

但是原始的高斯濾波是一個二維的卷積,速度很慢。即使採用優化後的分離高斯濾波(先在x方向濾波,然後在y方向濾波),依然不快。

查閱了很多國內外的文獻,在項目中實現了遞歸高斯濾波, 已經量產運行,效果很不錯,運行時間是分離高斯濾波的三分之一到四分之一, 也可以運行到MCU裏了!!

遞歸濾波器能近似模擬高斯濾波器,也是分成兩次一維濾波,但是不需要設定濾波窗口大小,複雜度跟窗口大小無關,對於一維濾波先進行一次正向濾波,然後進行一次逆向濾波,每次濾波的結果迭代更新。

公式如下:

Forward:

  Backward:

代碼實現:

  1. typedef struct  
  2. {  
  3.   gint     scale;  
  4.   gint     nscales;  
  5.   gint     scales_mode;  
  6.   gfloat   cvar;  
  7. } RetinexParams;  
  8.   
  9.   
  10. /*  
  11.  * Calculate the coefficients for the recursive filter algorithm  
  12.  * Fast Computation of gaussian blurring.  
  13.  */  
  14. static void  
  15. compute_coefs3 (gauss3_coefs *c, gfloat sigma)  
  16. {  
  17.   /*  
  18.    * Papers:  "Recursive Implementation of the gaussian filter.",  
  19.    *          Ian T. Young , Lucas J. Van Vliet, Signal Processing 44, Elsevier 1995.  
  20.    * formula: 11b       computation of q  
  21.    *          8c        computation of b0..b1  
  22.    *          10        alpha is normalization constant B  
  23.    */  
  24.   gfloat q, q2, q3;  
  25.   
  26.   q = 0;  
  27.   
  28.   if (sigma >= 2.5)  
  29.     {  
  30.       q = 0.98711 * sigma - 0.96330;  
  31.     }  
  32.   else if ((sigma >= 0.5) && (sigma < 2.5))  
  33.     {  
  34.       q = 3.97156 - 4.14554 * (gfloat) sqrt ((double) 1 - 0.26891 * sigma);  
  35.     }  
  36.   else  
  37.     {  
  38.       q = 0.1147705018520355224609375;  
  39.     }  
  40.   
  41.   q2 = q * q;  
  42.   q3 = q * q2;  
  43.   c->b[0] = (1.57825+(2.44413*q)+(1.4281 *q2)+(0.422205*q3));  
  44.   c->b[1] = (        (2.44413*q)+(2.85619*q2)+(1.26661 *q3));  
  45.   c->b[2] = (                   -((1.4281*q2)+(1.26661 *q3)));  
  46.   c->b[3] = (                                 (0.422205*q3));  
  47.   c->B = 1.0-((c->b[1]+c->b[2]+c->b[3])/c->b[0]);  
  48.   c->sigma = sigma;  
  49.   c->N = 3;  
  50.   
  51. /*  
  52.   g_printerr ("q %f\n", q);  
  53.   g_printerr ("q2 %f\n", q2);  
  54.   g_printerr ("q3 %f\n", q3);  
  55.   g_printerr ("c->b[0] %f\n", c->b[0]);  
  56.   g_printerr ("c->b[1] %f\n", c->b[1]);  
  57.   g_printerr ("c->b[2] %f\n", c->b[2]);  
  58.   g_printerr ("c->b[3] %f\n", c->b[3]);  
  59.   g_printerr ("c->B %f\n", c->B);  
  60.   g_printerr ("c->sigma %f\n", c->sigma);  
  61.   g_printerr ("c->N %d\n", c->N);  
  62. */  
  63. }  
  64.   
  65. static void  
  66. gausssmooth (gfloat *in, gfloat *out, gint size, gint rowstride, gauss3_coefs *c)  
  67. {  
  68.   /*  
  69.    * Papers:  "Recursive Implementation of the gaussian filter.",  
  70.    *          Ian T. Young , Lucas J. Van Vliet, Signal Processing 44, Elsevier 1995.  
  71.    * formula: 9a        forward filter  
  72.    *          9b        backward filter  
  73.    *          fig7      algorithm  
  74.    */  
  75.   gint i,n, bufsize;  
  76.   gfloat *w1,*w2;  
  77.   
  78.   /* forward pass */  
  79.   bufsize = size+3;  
  80.   size -= 1;  
  81.   w1 = (gfloat *) g_try_malloc (bufsize * sizeof (gfloat));  
  82.   w2 = (gfloat *) g_try_malloc (bufsize * sizeof (gfloat));  
  83.   w1[0] = in[0];  
  84.   w1[1] = in[0];  
  85.   w1[2] = in[0];  
  86.   for ( i = 0 , n=3; i <= size ; i++, n++)  
  87.     {  
  88.       w1[n] = (gfloat)(c->B*in[i*rowstride] +  
  89.                        ((c->b[1]*w1[n-1] +  
  90.                          c->b[2]*w1[n-2] +  
  91.                          c->b[3]*w1[n-3] ) / c->b[0]));  
  92.     }  
  93.   
  94.   /* backward pass */  
  95.   w2[size+1]= w1[size+3];  
  96.   w2[size+2]= w1[size+3];  
  97.   w2[size+3]= w1[size+3];  
  98.   for (i = size, n = i; i >= 0; i--, n--)  
  99.     {  
  100.       w2[n]= out[i * rowstride] = (gfloat)(c->B*w1[n] +  
  101.                                            ((c->b[1]*w2[n+1] +  
  102.                                              c->b[2]*w2[n+2] +  
  103.                                              c->b[3]*w2[n+3] ) / c->b[0]));  
  104.     }  
  105.   
  106.   g_free (w1);  
  107.   g_free (w2);  
  108. }  

 

注意邊界的處理,這對結果很重要。

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