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空间平滑滤波器(上)_参数空间平滑

参数空间平滑

博客(上)为数字图像处理课程理论,博客(下)为对应的实验部分。

教材:
中文教材:数字图像处理_第三版_冈萨雷斯
实验教材(matlab版):数字图像处理(MATLAB版)冈萨雷斯 
英文教材:Digital Image Processing_3ed_Gonzalez

上一篇博客:空间滤波(上)
正文:

空间平滑滤波器


1. 空间平滑滤波器用途

作用:用于模糊处理和减少噪声。

1.1 我们为什么要使用这类滤波器呢?

原因: 典型的随机噪声由灰度级的急剧变化组成;平滑处理会降低图像的“尖锐”变化;
“负面效应”:图像边缘模糊化(平滑);(图像边缘也由灰度级的急剧变化组成)

1.2 空间平滑滤波器中”平滑“俩字的含义

“滤波”是指接受(通过)或者拒绝一定的频率成分。例如,通过低频的滤波器称为低通滤波器,低通滤波器的最终效果是模糊(平滑)一幅图像。
在上一篇博客中我们已经讲了,空间域滤波是以一种把模版运算运用于图像的空间域增强的技术;依据滤波频率空间域滤波分为 平滑滤波(减弱和去除高频分量)和 锐化滤波(减弱和去除低频分量)。

2. 俩类典型的空间平滑滤波器

2.1 均值滤波器(线性)

均值滤波器:用包含在滤波 掩模邻域内的像素的平均灰度值 去代替每个像素点的值。
均值滤波的模版就是ones(n, n),模版内全部元素均是1,即他们的权重一模一样。

其它经常使用的线性滤波还有:

  • 加权滤波:通常中心元素权重较大,且对称向外递减;
  • 高斯滤波:加权滤波的特例,依据高斯分布确定模版系数。
盒滤波器(左)和加权均值滤波器(右)

均值滤波器的缺点:会使图像变得模糊,原因是它对所有的点都是同等对待,在将噪声点分摊的同时,将景物的边界点也分摊了;
为了改善效果,我们可以选择采用加权平均的方式来构造滤波器。
均值滤波器通式

模板尺寸对滤波效果的影响:

    模板尺寸越大,图像越模糊,丢失得图像细节越多。

平滑空域滤波的缺点及问题:

    如果我们图像处理的主要目的是去除噪声,那么平滑滤波器在去除噪音的过程中也会钝化图像的边和尖锐部分。

2.2 中值滤波器(非线性)

中值滤波器:先将掩模内欲求的像素及其邻域的像素值排序(升序或降序),确定 出中值 , 将中值赋予该像素点。
主要功能:使拥有不同灰度的点看起来更接近于它的邻近值。
主要用途:去除“椒盐”噪声。

二维中值滤波的窗口形状和尺寸对滤波效果影响较大,不同的图像内容和不同的应用要求,往往采用不同的窗口形状和尺寸,常用的二维中值滤波窗口有线状、方形、圆形、十字形以及圆环形等。窗口尺寸一般先用3×3,再取5×5逐渐增大,直至滤波效果满意为止。就一般经验来讲,对于有缓变的较长轮廓线物体的图像,采用方形或圆形窗口为宜。对于包含有尖顶物体的图像,用十字形窗口,而窗口大小则以不超过图像中最小有效物体的尺寸为宜。如果图像中点、线、尖角细节较多,则不宜采用中值滤波。

中值滤波算法的特征:

    在去除噪音的过程中也会较好的保留边的锐度和图像细节。

在图像处理中,尽管中值滤波器是使用的最为广泛的统计排序滤波器,但是这并不意味着它是唯一的。同样,可以在排序之后取最大值来代替相应的像素点的灰度值,对应的滤波器称为最大值滤波器;或者在排序之后取最小的像素值来代替相应的像素点的灰度值,对应的滤波器称为最小值滤波器。

均值滤波和中值滤波非常基础,均值滤波相当于低通滤波,有将图像模糊化的趋势,对椒盐噪声基本无能为力。中值滤波的优点是可以很好的过滤掉椒盐噪声,缺点是易造成图像的不连续性。

最大值滤波是用窗口内像元的最大值来代替中心像元的亮度值,可以发现图像中的亮点,并消除图像中的“椒”噪声(亮度值小的噪声)。

最小值滤波是用窗口内像元的最小值来代替中心像元的亮度值,可以发现图像中的暗点,并消除图像中的“盐”噪声(亮度值大的噪声)。

均值滤波对高斯噪声表现较好,对椒盐噪声表现较差;

中值滤波对高斯噪声表现较差,对椒盐噪声表现较好。


公式在此编译不便,所以均换成了图片形式;码字不易,如若您觉得质量还行,请给个你的肯定就是我的动力,后更请多多关注、指教!谢谢~

                                                                                                                            作于2020.04

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