空间滤波课程学习.pptx

《空间滤波课程学习.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空间滤波课程学习.pptx（66页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1空间空间(kngjin)滤波滤波第一页，共66页。1 空间域滤波增强定义(dngy)：空间域滤波增强采用模板处理方法对图像进行滤波，去除图像噪声或增强图像的细节。模板本身被称为空间滤波器 10.1 引言引言(ynyn)第1页/共66页第二页，共66页。10.1 引言(ynyn)n n空域滤波是将邻域内的图像象素值同对应空域滤波是将邻域内的图像象素值同对应(duyng)(duyng)的与邻域有相的与邻域有相同维数的子图像值相作用同维数的子图像值相作用n n子图像亦称作：子图像亦称作：filterfilter（滤波器）、（滤波器）、mask mask（掩模）、（掩模）、kernel ker

2、nel（核）、（核）、templatetemplate（模板）、（模板）、window window（窗）（窗）第2页/共66页第三页，共66页。10.1 引言引言(ynyn)2 第3页/共66页第四页，共66页。10.1 引言引言(ynyn)2 第4页/共66页第五页，共66页。10.1 引言引言(ynyn)3 3 平滑平滑(pnghu)(pnghu)和锐化滤波器和锐化滤波器模糊处理：去除模糊处理：去除(q ch)图像中一些不重要的细节图像中一些不重要的细节减少噪声减少噪声平滑空间滤波器的作用：平滑空间滤波器的作用：第5页/共66页第六页，共66页。10.1 引言引言(ynyn)3 3 平滑

3、平滑(pnghu)(pnghu)和锐化滤波器和锐化滤波器线性滤波器：均值线性滤波器：均值(jn zh)滤波器滤波器非线性滤波器非线性滤波器 最大值滤波器最大值滤波器 中值滤波器中值滤波器 最小值滤波器最小值滤波器平滑空间滤波器的分类：平滑空间滤波器的分类：第6页/共66页第七页，共66页。10.1 引言引言(ynyn)突出图像中的细节，增强了被模糊的细节；突出图像中的细节，增强了被模糊的细节；印刷中的细微层次强调。弥补扫描对图像的钝化；印刷中的细微层次强调。弥补扫描对图像的钝化；超声探测成像，分辨率低，边缘模糊，通过锐化超声探测成像，分辨率低，边缘模糊，通过锐化来改善来改善图像识别中，分割前的

4、边缘提取图像识别中，分割前的边缘提取锐化处理过度处理的钝化，曝光不足锐化处理过度处理的钝化，曝光不足(bz)的图的图像像尖端武器的目标识别、定位尖端武器的目标识别、定位锐化空间锐化空间(kngjin)滤波器的作用：滤波器的作用：第7页/共66页第八页，共66页。10.1 引言引言(ynyn)4 4 相关相关(xinggun)(xinggun)和卷积和卷积相关相关(xinggun)是指掩模是指掩模w按下页图所示的方式在按下页图所示的方式在图像图像f中移动的过程中移动的过程卷积是相同的过程，只是在图像卷积是相同的过程，只是在图像f中移动中移动w前，要将前，要将w旋转旋转180度。度。若函数对称移动

5、，则卷积和相关若函数对称移动，则卷积和相关(xinggun)操作操作会产生相同的结果会产生相同的结果第8页/共66页第九页，共66页。第9页/共66页第十页，共66页。10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波1 imfilter1 imfilter实现线性空间实现线性空间(kngjin)(kngjin)滤波滤波函数函数(hnsh)的语法的语法g=imfilter(f,w,filtering_mode,boundary_option,size_options)f是输入图像，是输入图像，w是滤波掩模，是滤波掩模，g为滤波结果为滤波结果filtering_mode制定滤波过程中是使用相关（制

6、定滤波过程中是使用相关（corr）还是卷积还是卷积(conv)boundary_option用于处理边界填充零问题，边界的用于处理边界填充零问题，边界的大小由滤波器的大小确定。大小由滤波器的大小确定。size_options 可以是可以是same或或full第10页/共66页第十一页，共66页。1 imfilter1 imfilter实现实现(shxin)(shxin)线性空间滤波线性空间滤波filtering_mode：相关（：相关（corr），该值是默认值，卷），该值是默认值，卷积积(conv)boundary_option：P 输入图像输入图像(t xin)的边界通过用值的边界通过用值p

7、(无引号无引号)来填来填充来扩展。充来扩展。P的默认值是的默认值是0replicate 图像图像(t xin)大小通过复制外边界的值来大小通过复制外边界的值来扩展扩展symmetric图像图像(t xin)大小通过镜像反射其边界大小通过镜像反射其边界来扩展来扩展circular图像图像(t xin)大小通过将图像大小通过将图像(t xin)看看成是一个二维成是一个二维 周期周期 函数的一个周期来扩展函数的一个周期来扩展10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第11页/共66页第十二页，共66页。1 imfilter1 imfilter实现实现(shxin)(shxin)线性空间滤波线性

8、空间滤波size_options：full 输出图像的大小输出图像的大小(dxio)与被扩展图像的大小与被扩展图像的大小(dxio)相同相同same 输出图像的大小输出图像的大小(dxio)与输入图像的大小与输入图像的大小(dxio)相同。该值为默认值相同。该值为默认值10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第12页/共66页第十三页，共66页。2 imfilter2 imfilter通用通用(tngyng)(tngyng)语法语法g=imfilter(f,w,replicate)对旋转过的滤波器执行相关操作与对原始滤波器进行卷对旋转过的滤波器执行相关操作与对原始滤波器进行卷积操作是相

9、同的；积操作是相同的；若滤波器关于其中心对称，则两个选项将产生同样若滤波器关于其中心对称，则两个选项将产生同样(tngyng)的结果的结果10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第13页/共66页第十四页，共66页。2 imfilter2 imfilter通用通用(tngyng)(tngyng)语法语法g=imfilter(f,w,replicate)对旋转过的滤波器执行相关操作与对原始对旋转过的滤波器执行相关操作与对原始(yunsh)滤波器进行卷积操作是相同的；滤波器进行卷积操作是相同的；若滤波器关于其中心对称，则两个选项将产生同若滤波器关于其中心对称，则两个选项将产生同样的结果样的

10、结果10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第14页/共66页第十五页，共66页。n n在使用(shyng)预先旋转的滤波器或对称的滤波器时，希望执行相关，就有两种方法：n n第一：g=imfilter(f,w,conv,replicate)n n第二：使用(shyng)函数rot90(w,2),将图像旋转180，然后使用(shyng)g=imfilter(f,w,replicate)10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第15页/共66页第十六页，共66页。n n滤波后的图像的每个元素使用双精度 浮点算术进行计算。然而，imfilter会将输出图像转换为与输入图像相同的类。

11、n n若f是一个整数数组，则输出中超过整型范围的元素将被截断，且小数部分会四舍五入。n n若结果要求更高的精度，则f需要在使用函数imfilter之前(zhqin)利用im2double或double转换为double类型。10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第16页/共66页第十七页，共66页。例子：使用例子：使用(shyng)函函数数imfilterf是一副是一副double类型图像，大小类型图像，大小(dxio)为为512*512像素像素第17页/共66页第十八页，共66页。n nf=zeros(512);n nf(1:256,256:512)=1;n nf(256:512,

12、1:256)=1;n nimshow(f)用一个用一个(y)大小为大小为31*31的简单滤的简单滤波器波器W=ones(31);该滤波器近似为一个该滤波器近似为一个(y)平均滤波平均滤波器器第18页/共66页第十九页，共66页。n nw=ones(31);n ngd=imfilter(f,w);n nfigure()n nimshow(gd,)gc=imfilter(f,w,circular);figure()imshow(gc,)第19页/共66页第二十页，共66页。n ngr=imfilter(f,w,replicate);n nfigure()n nimshow(gr,)gs=imfil

13、ter(f,w,symmetric);figure()imshow(gs,)第20页/共66页第二十一页，共66页。n nf8=im2uint8(f);n ng8r=imfilter(f8,n nw,replicate);n nfigure,imshow(g8r,)解决方法归一化系数解决方法归一化系数(xsh)，w0=1/(31.2)*w或是以或是以double格式输入数据格式输入数据第21页/共66页第二十二页，共66页。n n3 图像处理(t xin ch l)工具箱的标准线性空间滤波器10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波工具箱支持一些预定义的二维线性空间工具箱支持一些预定义的

14、二维线性空间(kngjin)滤波器，可由滤波器，可由函数函数fspecial来实现。来实现。用来生成滤波掩模用来生成滤波掩模w的函数的函数fspecial的语法为：的语法为：w=fspecial(type,parameters)type 表示滤波器类型表示滤波器类型parameters 进一步定义了指定的滤波器进一步定义了指定的滤波器第22页/共66页第二十三页，共66页。函数(hnsh)fspecial支持的空间滤波器1）fspecial(average,r c).大小为大小为r*c的一个矩形平均滤波器。的一个矩形平均滤波器。默认值为默认值为3*3.若由一个数来代替若由一个数来代替r c，则

15、表示，则表示(biosh)方形滤波方形滤波器器2）fspecial(disk,r).一个圆形平均滤波器（包含在一个圆形平均滤波器（包含在2r+1大小的大小的正方形内），半径为正方形内），半径为r。默认半径为。默认半径为53）fspecial(gaussian,r c,sig).一个大小为一个大小为 r*c的高斯低通滤的高斯低通滤波器，标准偏差为波器，标准偏差为sig（正）。默认值为（正）。默认值为3*3和和0.5.若由一个数来代若由一个数来代替替r c，则表示，则表示(biosh)方形滤波器方形滤波器第23页/共66页第二十四页，共66页。函数(hnsh)fspecial支持的空间滤波器4）f

16、special(log,r c,sig).一个大小为一个大小为r*c的高斯的高斯-拉普拉斯拉普拉斯（loG）滤波器，标准偏差为）滤波器，标准偏差为sig（正）。默认值为（正）。默认值为5*5和和0.5.若由若由一个数来代替一个数来代替r c，则表示方形滤波器，则表示方形滤波器5）fspecial(prewitt).输出一个大小为输出一个大小为3*3的的prewitt掩模掩模wv，它，它近似于垂直梯度近似于垂直梯度(t d)。水平梯度。水平梯度(t d)掩模可以通过置换结果掩模可以通过置换结果wh=wv获得获得6）fspecial(sobel).输出一个大小为输出一个大小为3*3的的sobel掩

17、模掩模sv，它近，它近似于垂直梯度似于垂直梯度(t d)。水平梯度。水平梯度(t d)掩模可以通过置换结果掩模可以通过置换结果sh=sv获得获得第24页/共66页第二十五页，共66页。n n3 均值(jn zh)滤波器10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第25页/共66页第二十六页，共66页。n n3 均值(jn zh)滤波器10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波左图是标准的像素平均左图是标准的像素平均(pngjn)值值右图是像素的加权平均右图是像素的加权平均(pngjn)，表明一些像素更为重要，表明一些像素更为重要第26页/共66页第二十七页，共66页。n n3 均值(

18、jn zh)滤波器10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第27页/共66页第二十八页，共66页。均值均值(jn zh)滤波器滤波器 例例1第28页/共66页第二十九页，共66页。均值均值(jn zh)滤波器滤波器 例例2第29页/共66页第三十页，共66页。n n4 锐化滤波器10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波微分微分(wi fn)滤波器滤波器的原理的原理第30页/共66页第三十一页，共66页。n n4 锐化滤波器10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波微分微分(wi fn)滤波器的滤波器的原理原理第31页/共66页第三十二页，共66页。4 锐化滤波器锐化滤波器

19、10.2线性空间线性空间(kngjin)滤波滤波第32页/共66页第三十三页，共66页。5 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)第33页/共66页第三十四页，共66页。5 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)第34页/共66页第三十五页，共66页。5 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)(2)第35页/共66页第三十六页，共66页。5 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)(2)第36页/共66页第三十七页，共66页。第37页/共66页第三十八页，共66页。锐化（拉普拉斯）滤波锐化（拉普拉斯）滤波器器 例例3n nf=imread(moon.tif);n nimshow(f)n nw4=

20、fspecial(laplacian,0);n nw8=1,1,1;1,-8,1;1,1,1;n nf=im2double(f);n ng4=f-imfilter(f,w4,replicate);n ng8=f-imfilter(f,w8,replicate);n nimshow(f)n nfigure,imshow(g4)n nfigure,imshow(g8)第38页/共66页第三十九页，共66页。原原图图像像第39页/共66页第四十页，共66页。使用使用(shyng)中心为中心为-4的拉的拉普拉斯滤波器增普拉斯滤波器增强后的图像强后的图像第40页/共66页第四十一页，共66页。使用中心为

21、使用中心为-8的拉普拉斯滤的拉普拉斯滤波器增强波器增强(zngqing)后后的图像的图像第41页/共66页第四十二页，共66页。6 梯度梯度(t d)算子（非线性锐化滤波器）算子（非线性锐化滤波器）第43页/共66页第四十四页，共66页。6 梯度梯度(t d)算子算子第44页/共66页第四十五页，共66页。例：例：例：例：梯度梯度梯度梯度(t d)(t d)用于边缘增强用于边缘增强用于边缘增强用于边缘增强第45页/共66页第四十六页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波1 ordfilt21 ordfilt2实现实现(shxin)(shxin)非线性空间滤波非线性空

22、间滤波ordfilt2函数可以生成统计排序（函数可以生成统计排序（order-statistic）滤波）滤波器（也称为排序滤波器，器（也称为排序滤波器，rank filter）.他们都是非线性滤波器，其响应基于对图象邻域中所包含他们都是非线性滤波器，其响应基于对图象邻域中所包含的像素进行排序，然后使用的像素进行排序，然后使用(shyng)排序结果确定的值排序结果确定的值来替代领域中的中心像素的值。来替代领域中的中心像素的值。第47页/共66页第四十八页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波2 2 统计统计(t(t ngj)ngj)排序滤波器排序滤波器是一种非线性滤波

23、器是一种非线性滤波器基于滤波器所在基于滤波器所在(suzi)图象区域中像素的排图象区域中像素的排序，由排序结果决定的值代替中心像素的值序，由排序结果决定的值代替中心像素的值分类：分类：最大值滤波器：用像素邻域内的最大值代替该像素最大值滤波器：用像素邻域内的最大值代替该像素中值滤波器：中值滤波器：用像素邻域内的中间值代替该像素用像素邻域内的中间值代替该像素最小值滤波器：用像素邻域内的最小值代替该像素最小值滤波器：用像素邻域内的最小值代替该像素第48页/共66页第四十九页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波2 2 统计统计(t(t ngj)ngj)排序滤波器排序滤波器

24、第49页/共66页第五十页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波2 2 统计统计(t(t ngj)ngj)排序滤波器排序滤波器第50页/共66页第五十一页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波3 3 中值滤波中值滤波(l(l b)b)的原理的原理第51页/共66页第五十二页，共66页。第52页/共66页第五十三页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波4 4 中值滤波中值滤波(l(l b)b)的实现的实现将模板区域内的像素排序将模板区域内的像素排序(pi x)，求出中间值，求出中间值第53页/共66页第五十四页，

25、共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波4 4 中值滤波中值滤波(l(l b)b)的实现的实现第54页/共66页第五十五页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波5 5 中值滤波中值滤波(l(l b)b)的特点的特点在去除噪声的同时，可以比较好地保留边的锐度在去除噪声的同时，可以比较好地保留边的锐度和图像的细节和图像的细节(xji)（优于均值滤波器）（优于均值滤波器）能够有效去除脉冲噪声：以黑白点叠加在图像能够有效去除脉冲噪声：以黑白点叠加在图像上上第55页/共66页第五十六页，共66页。10.3 非线性空间非线性空间(kngjin)滤波滤波6

26、 ordfilt26 ordfilt2实现非线性空间实现非线性空间(kngjin)(kngjin)滤波滤波函数函数(hnsh)的语法的语法g=ordfilt2(f,order,domain)f是输入图像是输入图像使用邻域的一组排列元素中的第使用邻域的一组排列元素中的第order个元素来替个元素来替代代f中的每个元素，而该邻域则由中的每个元素，而该邻域则由domain中的非零元素指中的非零元素指定。定。第56页/共66页第五十七页，共66页。n n1）实现(shxin)大小为m*n的最小滤波器g=ordfilt2(f,1,ones(m,n)1表示表示mn个样本中的第一个样本，个样本中的第一个样本

27、，ones(m,n)创建创建了一个元素值为了一个元素值为1，大小为，大小为m*n的矩阵，表明的矩阵，表明(biomng)邻域内的所有样本都将用于计算。邻域内的所有样本都将用于计算。在统计学术语中，最小滤波器（一组排序元素中的第在统计学术语中，最小滤波器（一组排序元素中的第一个样本一个样本(yngbn)值）称为第值）称为第0个百分位。同样，第个百分位。同样，第100个百分位指的就是一组排序元素中的最后一个样本个百分位指的就是一组排序元素中的最后一个样本(yngbn)值，即第值，即第mn个样本个样本(yngbn)。第57页/共66页第五十八页，共66页。n n2）实现(shxin)大小为m*n的最

28、大滤波器g=ordfilt2(f,m*n,ones(m,n)3）实现）实现(shxin)中值滤波器中值滤波器数字图像处理中最著名的统计排序数字图像处理中最著名的统计排序(pi x)滤波器滤波器是中值滤波器，它对应的是第是中值滤波器，它对应的是第50个百分位。个百分位。g=ordfilt2(f,median(1:m*n),ones(m,n)median(1:m*n)简单地计算序列简单地计算序列1,2,m*n的中值。的中值。第58页/共66页第五十九页，共66页。3）实现）实现(shxin)中值滤波器中值滤波器基于基于(jy)实际应用中的重要性，工具箱提供一实际应用中的重要性，工具箱提供一个二维中

29、值滤波器函数：个二维中值滤波器函数：g=medfilt2(f,m n,padopt)数组数组m n定义了一个大小为定义了一个大小为m*n的邻域的邻域(ln y)，中值就在该邻域，中值就在该邻域(ln y)上计算；上计算；Padopt指定了三个可能的边界填充选项之一：指定了三个可能的边界填充选项之一：zeros:默认值默认值symmetric：f按照镜像反射方式对称地沿其边界扩展按照镜像反射方式对称地沿其边界扩展indexed:若若f是是double类图像，用类图像，用1来填充图像，否则以来填充图像，否则以0来填充图像。来填充图像。第59页/共66页第六十页，共66页。3）实现）实现(shxin

30、)中值滤波器中值滤波器g=medfilt2(f)使用一个大小使用一个大小(dxio)为为3*3的邻域来的邻域来计算中值，并用计算中值，并用0来填充输入图像的边来填充输入图像的边界界第60页/共66页第六十一页，共66页。例：使用函数例：使用函数例：使用函数例：使用函数(hnsh)medfilt2(hnsh)medfilt2进行中值滤波进行中值滤波进行中值滤波进行中值滤波n n中值滤波是降低图像椒盐噪声(zoshng)的有效工具f=imread(rice.png);figure,imshow(f);fn=imnoise(f,salt&pepper,0.2);figure,imshow(fn);g

31、m=medfilt2(fn);figure,imshow(gm);gms=medfilt2(fn,symmetric);figure,imshow(gms);第61页/共66页第六十二页，共66页。(a)原图像原图像(t xin)(b)添加添加(tin ji)椒盐噪的图像椒盐噪的图像第62页/共66页第六十三页，共66页。(c)默认默认(mrn)中值滤中值滤波处理结果波处理结果(d)symmetric处理结果处理结果第63页/共66页第六十四页，共66页。例：最大值滤波器例：最大值滤波器第64页/共66页第六十五页，共66页。例：最小值滤波器例：最小值滤波器第65页/共66页第六十六页，共66页。