图像平滑处理

目标

本教程教您怎样使用各种线性滤波器对图像进行平滑处理,相关OpenCV函数如下:

原理

Note

以下原理来源于Richard Szeliski 的著作 Computer Vision: Algorithms and Applications 以及 Learning OpenCV

  • 平滑 也称 模糊, 是一项简单且使用频率很高的图像处理方法。

  • 平滑处理的用途有很多, 但是在本教程中我们仅仅关注它减少噪声的功用 (其他用途在以后的教程中会接触到)。

  • 平滑处理时需要用到一个 滤波器 。 最常用的滤波器是 线性 滤波器,线性滤波处理的输出像素值 (i.e. ) 是输入像素值 (i.e. )的加权和 :

     称为 , 它仅仅是一个加权系数。

    不妨把 滤波器 想象成一个包含加权系数的窗口,当使用这个滤波器平滑处理图像时,就把这个窗口滑过图像。

  • 滤波器的种类有很多, 这里仅仅提及最常用的:

归一化块滤波器 (Normalized Box Filter)

  • 最简单的滤波器, 输出像素值是核窗口内像素值的 均值 ( 所有像素加权系数相等)

  • 核如下:

高斯滤波器 (Gaussian Filter)

  • 最有用的滤波器 (尽管不是最快的)。 高斯滤波是将输入数组的每一个像素点与 高斯内核 卷积将卷积和当作输出像素值。

  • 还记得1维高斯函数的样子吗?

    假设图像是1维的,那么观察上图,不难发现中间像素的加权系数是最大的, 周边像素的加权系数随着它们远离中间像素的距离增大而逐渐减小。

Note

2维高斯函数可以表达为 :

其中  为均值 (峰值对应位置),  代表标准差 (变量  和 变量  各有一个均值,也各有一个标准差)

中值滤波器 (Median Filter)

中值滤波将图像的每个像素用邻域 (以当前像素为中心的正方形区域)像素的 中值 代替 。

双边滤波 (Bilateral Filter)

  • 目前我们了解的滤波器都是为了 平滑 图像, 问题是有些时候这些滤波器不仅仅削弱了噪声, 连带着把边缘也给磨掉了。 为避免这样的情形 (至少在一定程度上 ), 我们可以使用双边滤波。
  • 类似于高斯滤波器,双边滤波器也给每一个邻域像素分配一个加权系数。 这些加权系数包含两个部分, 第一部分加权方式与高斯滤波一样,第二部分的权重则取决于该邻域像素与当前像素的灰度差值。
  • 详细的解释可以查看 链接

源码

  • 本程序做什么?

    • 装载一张图像
    • 使用4种不同滤波器 (见原理部分) 并显示平滑图像
  • 下载代码: 点击 这里

  • 代码一瞥:

#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp" using namespace std;
using namespace cv; /// 全局变量
int DELAY_CAPTION = 1500;
int DELAY_BLUR = 100;
int MAX_KERNEL_LENGTH = 31; Mat src; Mat dst;
char window_name[] = "Filter Demo 1"; /// 函数申明
int display_caption( char* caption );
int display_dst( int delay ); /**
* main 函数
*/
int main( int argc, char** argv )
{
namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE ); /// 载入原图像
src = imread( "../images/lena.jpg", 1 ); if( display_caption( "Original Image" ) != 0 ) { return 0; } dst = src.clone();
if( display_dst( DELAY_CAPTION ) != 0 ) { return 0; } /// 使用 均值平滑
if( display_caption( "Homogeneous Blur" ) != 0 ) { return 0; } for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
{ blur( src, dst, Size( i, i ), Point(-1,-1) );
if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } } /// 使用高斯平滑
if( display_caption( "Gaussian Blur" ) != 0 ) { return 0; } for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
{ GaussianBlur( src, dst, Size( i, i ), 0, 0 );
if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } } /// 使用中值平滑
if( display_caption( "Median Blur" ) != 0 ) { return 0; } for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
{ medianBlur ( src, dst, i );
if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } } /// 使用双边平滑
if( display_caption( "Bilateral Blur" ) != 0 ) { return 0; } for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
{ bilateralFilter ( src, dst, i, i*2, i/2 );
if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } } /// 等待用户输入
display_caption( "End: Press a key!" ); waitKey(0);
return 0;
} int display_caption( char* caption )
{
dst = Mat::zeros( src.size(), src.type() );
putText( dst, caption,
Point( src.cols/4, src.rows/2),
CV_FONT_HERSHEY_COMPLEX, 1, Scalar(255, 255, 255) ); imshow( window_name, dst );
int c = waitKey( DELAY_CAPTION );
if( c >= 0 ) { return -1; }
return 0;
} int display_dst( int delay )
{
imshow( window_name, dst );
int c = waitKey ( delay );
if( c >= 0 ) { return -1; }
return 0;
}

解释

  1. 下面看一看有关平滑的OpenCV函数,其余部分大家已经很熟了。

  2. 归一化块滤波器:

    OpenCV函数 blur 执行了归一化块平滑操作。

    for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
    { blur( src, dst, Size( i, i ), Point(-1,-1) );
    if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } }

    我们输入4个实参 (详细的解释请参考 Reference):

    • src: 输入图像
    • dst: 输出图像
    • Size( w,h ): 定义内核大小( w 像素宽度, h 像素高度)
    • Point(-1, -1): 指定锚点位置(被平滑点), 如果是负值,取核的中心为锚点。
  3. 高斯滤波器:

    OpenCV函数 GaussianBlur 执行高斯平滑 :

    for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
    { GaussianBlur( src, dst, Size( i, i ), 0, 0 );
    if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } }

我们输入4个实参 (详细的解释请参考 Reference):

  • src: 输入图像
  • dst: 输出图像
  • Size(w, h): 定义内核的大小(需要考虑的邻域范围)。  和  必须是正奇数,否则将使用  和  参数来计算内核大小。
  • : x 方向标准方差, 如果是  则  使用内核大小计算得到。
  • : y 方向标准方差, 如果是  则  使用内核大小计算得到。.
  1. 中值滤波器:

    OpenCV函数 medianBlur 执行中值滤波操作:

    for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
    { medianBlur ( src, dst, i );
    if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } }

    我们用了3个参数:

    • src: 输入图像
    • dst: 输出图像, 必须与 src 相同类型
    • i: 内核大小 (只需一个值,因为我们使用正方形窗口),必须为奇数。
  2. 双边滤波器

    OpenCV函数 bilateralFilter 执行双边滤波操作:

    for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
    { bilateralFilter ( src, dst, i, i*2, i/2 );
    if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } }

    我们使用了5个参数:

    • src: 输入图像
    • dst: 输出图像
    • d: 像素的邻域直径
    • : 颜色空间的标准方差
    • : 坐标空间的标准方差(像素单位)

结果

  • 程序显示了原始图像( lena.jpg) 和使用4种滤波器之后的效果图。

  • 这里显示的是使用 中值滤波 之后的效果图:

翻译者

niesu@ OpenCV中文网站 <sisongasg@hotmail.com>

from: http://www.opencv.org.cn/opencvdoc/2.3.2/html/doc/tutorials/imgproc/gausian_median_blur_bilateral_filter/gausian_median_blur_bilateral_filter.html#smoothing

最新文章

  1. SQL SERVER中用户定义标量函数(scalar user defined function)的性能问题
  2. October 20th Week 43rd Thursday, 2016
  3. C#复习⑤
  4. html+css学习笔记:实用LessColor函数搭建配色方案
  5. HDU 3081 最大流+并查集
  6. CF Gym 100685A Ariel
  7. iOS解决两个静态库的冲突 duplicate symbol
  8. UITextField中文搜索
  9. 利用text插件和css插件优化web应用
  10. Hibernate一对一双向关联映射
  11. oracle 内置函数 least decode
  12. NPIV介绍
  13. STM8S 模拟I2C程序
  14. JVM内存堆布局图解分析
  15. HAProxy 代理负载均衡
  16. JDK8帮助文档生成-笔记
  17. 进击Node.js基础(二)promise
  18. react和vue的不同
  19. [leetcode]35. Search Insert Position寻找插入位置
  20. JNI C创建Java字符串数组

热门文章

  1. 关于ZIP自动打包的进一步进化思路
  2. 【转】servlet/filter/listener/interceptor区别与联系
  3. 谷歌翻译python接口
  4. karma+requirejs
  5. HTML5实战与剖析之跨文档消息传递(iframe传递信息)
  6. disconf-web 分布式配置管理平台
  7. Lock接口简介
  8. go chapter 10 函数 方法 struct的方法
  9. kali2.0安装VMware Tools
  10. 使用AppCompat项目模版