高斯核卷積去噪濾波原理

2021-10-23 06:47:47 字數 2016 閱讀 3270

1.卷積應用原理:

用乙個模板和一幅影象進行卷積,對於影象上的乙個點,讓模板的原點和該點重合,然後模板上的點和影象上對應的點相乘,然後各點的積相加,就得到了該點的卷積值。對影象上的每個點都這樣處理。由於大多數模板都是對稱的,所以模板不旋轉。卷積是一種積分運算,用來求兩個曲線重疊區域面積。可以看作加權求和,可以用來消除雜訊、特徵增強。

把乙個點的畫素值用它周圍的點的畫素值的加權平均代替。

卷積是一種線性運算,影象處理中常見的mask運算都是卷積,廣泛應用於影象濾波。

卷積在資料處理中用來平滑,卷積有平滑效應和展寬效應.

2.平滑過程

有噪點的原圖,可以把它轉為乙個矩陣:

比如我要平滑 a_ 點,就在矩陣中,取出 a_ 點附近的點組成矩陣 f ,和 g 進行卷積計算後,再填回去

用乙個**來說明下計算過程:

寫成卷積公式就是:

要求 c_ ,一樣可以套用上面的卷積公式。

這樣相當於實現了 g 這個矩陣在原來影象上的划動

在影象平滑處理時,函式g通常取高斯核函式

3.高斯核

二維高斯分布:

在圖形上,正態分佈是一種鐘形曲線,越接近中心,取值越大,越遠離中心,取值越小。

計算平均值的時候,我們只需要將"中心點"作為原點,其他點按照其在正態曲線上的位置,分配權重,就可以得到乙個加權平均值。例如:通常,影象處理軟體會提供"模糊"(blur)濾鏡,使產生模糊的效果。

高斯模糊的原理:

所謂"模糊",可以理解成每乙個畫素都取周邊畫素的加權平均值。

以高斯分布取g矩陣的值得到的模糊方法即為高斯模糊。

權重矩陣

假定中心點的座標是(0,0),那麼距離它最近的8個點的座標如下:

更遠的點以此類推。

為了計算權重矩陣,需要設定σ的值。假定σ=1.5,則模糊半徑為1的權重矩陣如下

這9個點的權重總和等於0.4787147,如果只計算這9個點的加權平均,還必須讓它們的權重之和等於1,因此上面9個值還要分別除以0.4787147,得到最終的權重矩陣。

計算高斯模糊

有了權重矩陣,就可以計算高斯模糊的值了。

假設現有9個畫素點,灰度值(0-255)如下:

每個點乘以自己的權重值(高斯核函式關於中心對稱,所以直接對應相乘與旋轉180°相乘效果一樣):

得到將這9個值加起來,就是中心點的高斯模糊的值。

對所有點重複這個過程,就得到了高斯模糊後的影象。如果原圖是彩色,可以對rgb三個通道分別做高斯模糊。

參考:

python opencv濾波去噪

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作業1(高斯模糊,椒鹽雜訊,中值濾波去噪)

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