数字图像处理技术、图像增强之噪声抑制.ppt

n所谓的图像噪声，是图像在摄取时或所谓的图像噪声，是图像在摄取时或是传输时所受到的是传输时所受到的随机干扰信号随机干扰信号。n常见的有常见的有椒盐噪声椒盐噪声和和高斯噪声高斯噪声。图像噪声的概念n椒盐噪声的特征椒盐噪声的特征:出现位置是随机的，但噪声的幅值是基本出现位置是随机的，但噪声的幅值是基本相同的。相同的。n高斯噪声的特征：高斯噪声的特征：出现在位置是一定的（每一点上），但噪出现在位置是一定的（每一点上），但噪声的幅值是随机的。声的幅值是随机的。图像噪声的概念设计出噪声抑制滤波器，在尽可能保设计出噪声抑制滤波器，在尽可能保持原图信息的基础上，抑制噪声。持原图信息的基础上，抑制噪声。n均值滤波器均值滤波器n中值滤波器中值滤波器n边界保持类滤波器边界保持类滤波器图像噪声的抑制方法1、均值滤波图像平滑的目的是消除或尽量减少噪声的影响，改善图像质量。在假定加性噪声是随机独立分布的条件下，利用邻域的平均或加权平均可以有效地抑制噪声干扰。邻域的两种类型：4邻域和8邻域邻域平均法实际是在做空间域的滤波,所以这种方法也称为均值滤波。均值滤波器 原理n在图像上，对在图像上，对待处理的像素待处理的像素给定一个模板，该给定一个模板，该模板包括了其周围的邻近像素。将模板中的全模板包括了其周围的邻近像素。将模板中的全体像素的体像素的均值均值来替代原来的像素值的方法。来替代原来的像素值的方法。以模块运算系数表示即：以模块运算系数表示即：12143122345768957688567891214312234576895768856789344556678待处理像素待处理像素示例示例2均值滤波器 处理方法示例示例1n均值滤波器的缺点是，会使图像变的模糊，原因均值滤波器的缺点是，会使图像变的模糊，原因是它对所有的点都是同等对待，在将噪声点分摊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。的同时，将景物的边界点也分摊了。n为了改善效果，就可采用加权平均的方式来构造为了改善效果，就可采用加权平均的方式来构造滤波器。滤波器。均值滤波器的改进 加权均值滤波均值滤波器的改进 加权均值滤波n 如下，是几个典型的加权平均滤波器。如下，是几个典型的加权平均滤波器。示例示例示例示例示例示例示例示例2、中值滤波器n虽然均值滤波器对噪声有抑制作用，但同时虽然均值滤波器对噪声有抑制作用，但同时会使图像变得模糊。即使是加权均值滤波，会使图像变得模糊。即使是加权均值滤波，改善的效果也是有限的。改善的效果也是有限的。n为了有效地改善这一状况，必须改换滤波器为了有效地改善这一状况，必须改换滤波器的设计思路，中值滤波就是一种有效的方法。的设计思路，中值滤波就是一种有效的方法。中值滤波器 设计思想n因为噪声（如椒盐噪声）的出现，使该点像素比因为噪声（如椒盐噪声）的出现，使该点像素比周围的像素亮（暗）许多。周围的像素亮（暗）许多。n如果在某个模板中，对像素进行由小到大排列的如果在某个模板中，对像素进行由小到大排列的重新排列，那么最亮的或者是最暗的点一定被排重新排列，那么最亮的或者是最暗的点一定被排在两侧。在两侧。n取模板中排在中间位置上的像素的灰度值替代待取模板中排在中间位置上的像素的灰度值替代待处理像素的值，就可以达到滤除噪声的目的。处理像素的值，就可以达到滤除噪声的目的。中值滤波器 原理示例数值排序数值排序m-2m-1mm+1m+2610258mm+1m-2m+2m-1610258266中值滤波器 处理示例例：模板是一个1*5大小的一维模板。原图像为：2 2 6 2 1 2 4 4 4 2 4 处理后为：2 2(1,2,2,2,6)2(1,2,2,2,6)2(1,2,2,4,6)2 2 4 4 4 4 4(2,4,4)中值滤波器 滤波处理方法n与均值滤波类似，做与均值滤波类似，做3*33*3的模板，对的模板，对9 9个个数排序，取第数排序，取第5 5个数替代原来的像素值。个数替代原来的像素值。中值滤波器 例题12143122345768957688567891214312234576895768856789234566678示例示例2示例示例1中值滤波器与均值滤波器的比较n对于对于椒盐噪声椒盐噪声，中值滤波效果比均值，中值滤波效果比均值滤波效果好。滤波效果好。中值滤波器与均值滤波器的比较n原因：原因：n椒盐噪声是幅值近似相等但随机分布在不椒盐噪声是幅值近似相等但随机分布在不同位置上，图像中同位置上，图像中有干净点也有污染点有干净点也有污染点。n中值滤波中值滤波是选择适当的点来替代污染点的是选择适当的点来替代污染点的值，所以处理效果好。值，所以处理效果好。n因为噪声的均值不为因为噪声的均值不为0 0，所以，所以均值滤波均值滤波不能不能很好地去除噪声点。很好地去除噪声点。中值滤波器与均值滤波器的比较n对于对于高斯噪声高斯噪声，均值滤波效果比中值，均值滤波效果比中值滤波效果好。滤波效果好。中值滤波器与均值滤波器的比较n原因：原因：n高斯噪声是幅值近似正态分布，但高斯噪声是幅值近似正态分布，但分布在每分布在每点点像素上。像素上。n因为图像中的每点都是污染点，所以因为图像中的每点都是污染点，所以中值滤中值滤波波选不到合适的干净点。选不到合适的干净点。n因为正态分布的均值为因为正态分布的均值为0 0，所以，所以均值滤波均值滤波可可以消除噪声。以消除噪声。中值滤波器与均值滤波器的比较噪声特点方法处理后图像椒盐分布随机幅值一定均值抑制噪声，边缘明显模糊中值滤除噪声，边缘少许模糊高斯分布固定幅值不定均值滤除噪声，边缘明显模糊中值噪声无法去除，边缘也无模糊3、边界保持类平滑滤波器n经过平滑滤波处理之后，图像就会变得模糊。经过平滑滤波处理之后，图像就会变得模糊。n分析原因，在图像上的景物之所以可以辨认清楚分析原因，在图像上的景物之所以可以辨认清楚是因为目标物之间存在边界。是因为目标物之间存在边界。n而边界点与噪声点有一个共同的特点是，都具有而边界点与噪声点有一个共同的特点是，都具有灰度的跃变特性。所以平滑处理会同时将边界也灰度的跃变特性。所以平滑处理会同时将边界也处理了。处理了。边界保持类平滑滤波器 设计思想n为了解决图像模糊问题，一个自然的想为了解决图像模糊问题，一个自然的想法就是，在进行平滑处理时，首先判别法就是，在进行平滑处理时，首先判别当前像素是否为边界上的点当前像素是否为边界上的点，如果是，如果是，则不进行平滑处理；如果不是，则进行则不进行平滑处理；如果不是，则进行平滑处理。平滑处理。K近邻(KNN)平滑滤波器 原理分析n边界保持滤波器的核心是确定边界点与非边界点。边界保持滤波器的核心是确定边界点与非边界点。n如图所示，点如图所示，点1 1是黄色区域的非边界点，点是黄色区域的非边界点，点2 2是蓝是蓝色区域的边界点。色区域的边界点。n点点1 1模板中的像素全部模板中的像素全部 是同一区域的；是同一区域的；点点2 2模板中的像素则包模板中的像素则包 括了两个区域。括了两个区域。12K近邻(KNN)平滑滤波器 原理分析n在模板中，分别选出在模板中，分别选出5 5个与点个与点1 1或点或点2 2灰度灰度值最相近的点进行计算，则不会出现两个值最相近的点进行计算，则不会出现两个区域信息的混叠平均。区域信息的混叠平均。n这样，就达到了边界保持这样，就达到了边界保持 的目的。的目的。12K近邻(KNN)平滑滤波器 实现算法1)1)以待处理像素为中心，作一个以待处理像素为中心，作一个3*33*3的作用模板的作用模板2 2）在模板中，选择）在模板中，选择K K个与待处理像素的灰度差为个与待处理像素的灰度差为最小的像素最小的像素3 3）将这）将这K K个像素的灰度均值替换待处理像素值个像素的灰度均值替换待处理像素值K近邻(KNN)平滑滤波器 例题例：下图，给定例：下图，给定3*33*3模板，模板，k=5k=5。12143122345768957688567891214312234576895768856789223678768(1+1+2+2+2)/5=1.6=2(1+2+2+2+3)/5=2(2+3+3+4+4)/5=3.2=3(5+6+6+7+7)/5=6.2=6(6+6+7+7+8)/5=6.8=7(6+8+8+8+9)/5=7.8=8(6+6+7+7+7)/5=6.6=7(6+6+6+7+7)/5=6.4=6(7+8+8+8+8)/5=7.8=8K近邻(KNN)平滑滤波器 效果分析n首先来看一下首先来看一下KNNKNN平滑滤波的效果。平滑滤波的效果。nKNNKNN滤波器因为有了边界保持的作用，所以在滤波器因为有了边界保持的作用，所以在去除椒盐以及高斯噪声时，对图像景物的清晰去除椒盐以及高斯噪声时，对图像景物的清晰度保持方面的效果非常明显。度保持方面的效果非常明显。n当然，所付出的代价是：算法的复杂度增加了。当然，所付出的代价是：算法的复杂度增加了。示例示例2示例示例1上机实验：滤波增强1、均值和中值滤波上机参考程序实验效果图2、维纳滤波上机参考程序实验效果图图像的噪声示例返回椒盐噪声示例返回高斯噪声示例返回4邻域和8邻域4邻域8邻域返回均值滤波器滤椒盐噪声的效果返回均值滤波器滤高斯噪声的效果返回加权均值滤波器的效果(H1)H0的比较例的比较例H1的效果的效果返回加权均值滤波器的效果（H2）H0的比较例的比较例H2的效果的效果返回加权均值滤波器的效果(H3)H0的比较例的比较例H3的效果的效果返回加权均值滤波器的效果(H4)H0的比较例的比较例H4的效果的效果返回中值滤波器的效果（椒盐噪声）返回中值滤波器的效果（高斯噪声）返回中值滤波与均值滤波效果比较（椒盐噪声）中值滤波中值滤波均值滤波均值滤波返回中值滤波与均值滤波效果比较（高斯噪声）中值滤波中值滤波均值滤波均值滤波返回KNN均值滤波器的效果（椒盐噪声）均值滤波中值滤波中值滤波KNN均值滤波返回KNN均值滤波器的效果（高斯噪声）均值滤波均值滤波 中值滤波中值滤波KNNKNN均值滤波均值滤波返回均值和中值实验上机参考程序I=imread(cameraman.tif);J=imnoise(I,salt&pepper,0.02);K=filter2(fspecial(average,3),J)/255;L=medfilt2(J,3 3);subplot(2,2,1),imshow(I)subplot(2,2,2),imshow(J)subplot(2,2,3),imshow(K)subplot(2,2,4),imshow(L)返回维纳滤波实验上机参考程序I=imread(cameraman.tif);J=imnoise(I,gaussian,0,0.005);K=wiener2(J,5 5);L=medfilt2(J,3 3);subplot(2,2,1),imshow(I)subplot(2,2,2),imshow(J)subplot(2,2,3),imshow(K)subplot(2,2,4),imshow(L)返回均值和中值滤波实验效果图返回维纳滤波实验效果图返回