雙線性過濾近似高斯模糊

2021-09-23 15:21:21 字數 2256 閱讀 7816

如果使用兩遍演算法,再結合雙線性過濾,那麼對於kernel大小為5x5的高斯模糊而言,我們可以用6個texture呼叫來計算畫素的值。但是在《real-time rendering》上還提到一種方法,即採用一遍演算法,最多使用9個texture呼叫來計算畫素值,這需要用雙線性過濾來近似4個畫素的加權值。

假設4個畫素分別為

c---d

| |

a---b

且插值係數為(x,

y)

(x,y)

(x,y

),那麼插值的結果為

m wb

=[ab

cd][

xy−x

−y+1

−xy+

x−xy

+yxy

]mw_b = \begin a& b & c & d \end \begin xy-x-y+1 \\ -xy+x \\ -xy+y \\ xy \end

mwb​=[

a​b​

c​d​

]⎣⎢⎢

⎡​xy

−x−y

+1−x

y+x−

xy+y

xy​⎦

⎥⎥⎤​

w b=

[xy−

x−y+

1−xy

+x−x

y+yx

y](1

)w_b = \begin xy-x-y+1 \\ -xy+x \\ -xy+y \\ xy \end \quad (1)

wb​=⎣⎢

⎢⎡​x

y−x−

y+1−

xy+x

−xy+

yxy​

⎦⎥⎥⎤

​(1)

這裡有∑wb

i=

1\sum _i = 1

∑wb​i​

=1,且w bi

⩾0

_i \geqslant 0

wb​i​⩾

0即雙線性插值是convex combination。

假設4個畫素的高斯權值為w=(

w0,w

1,w2

,w3)

w=(w_0,w_1,w_2,w_3)

w=(w0​

,w1​

,w2​

,w3​

),為了使得雙線性插值的結果盡可能與mwmw

mw的結果近似,我們可以最小化下面的函式的值

f (x

,y)=

∥wb−

w∑wi

∥2(2

)f(x,y) = \|w_b - \frac\|^2 \quad (2)

f(x,y)

=∥wb

​−∑w

i​w​

∥2(2

)注意,這裡我們先對w

ww進行了歸一化,因為∑wi

\sum

∑wi​

不是1。

取《real-time rendering》中的5x5 kernel的例子,左上角4個畫素的權值為

w =[

0.0133

0.0596

0.003

0.0133

]w = \begin0.0133& 0.0596& 0.003& 0.0133\end

w=[0.0

133​

0.05

96​0

.003

​0.0

133​

]利用maple的minimize函式,我們可以解得(2)

(2)(2

)在p點處取得最小值

p =(

0.8174

,0.1826)m

in

=1.276×1

0−

7p=(0.8174,0.1826) \\ min = 1.276 \times 10^

p=(0.8

174,

0.18

26)m

in=1

.276

×10−

7最後,我們還需要將w

bw_b

wb​乘以∑wi

\sum w_i

∑wi​

,這樣得到的權值才是最終結果。

這種方法相比兩遍演算法而言,需要更多的texture呼叫(9個)。如果kernel大小動態變化,那麼我們可以事先計算出所有的近似插值係數。

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