写出用理想滤波器图像实现低通滤波、高通、带通、带阻和同态滤波的程序代码。观察滤波结果,并加以解释

时间: 2024-06-08 19:05:17 浏览: 194
理想滤波器是一种理论上的滤波器,它可以实现非常精确的频率域滤波。但由于其截止频率的过渡带非常窄,实际应用中会出现振铃现象,因此在实际应用中往往采用其他类型的滤波器。 下面是用理想滤波器实现低通、高通、带通、带阻和同态滤波的代码: ```python import numpy as np import cv2 def ideal_lowpass_filter(image, cutoff): rows, cols = image.shape crow, ccol = rows//2, cols//2 mask = np.zeros((rows, cols), np.uint8) mask[crow-cutoff:crow+cutoff, ccol-cutoff:ccol+cutoff] = 1 fshift = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(image)) fshift = fshift * mask f_ishift = np.fft.ifftshift(fshift) image_filtered = np.fft.ifft2(f_ishift) image_filtered = np.abs(image_filtered) return image_filtered.astype(np.uint8) def ideal_highpass_filter(image, cutoff): rows, cols = image.shape crow, ccol = rows//2, cols//2 mask = np.ones((rows, cols), np.uint8) mask[crow-cutoff:crow+cutoff, ccol-cutoff:ccol+cutoff] = 0 fshift = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(image)) fshift = fshift * mask f_ishift = np.fft.ifftshift(fshift) image_filtered = np.fft.ifft2(f_ishift) image_filtered = np.abs(image_filtered) return image_filtered.astype(np.uint8) def ideal_bandpass_filter(image, cutoff_low, cutoff_high): rows, cols = image.shape crow, ccol = rows//2, cols//2 mask = np.zeros((rows, cols), np.uint8) mask[crow-cutoff_high:crow+cutoff_high, ccol-cutoff_high:ccol+cutoff_high] = 1 mask[crow-cutoff_low:crow+cutoff_low, ccol-cutoff_low:ccol+cutoff_low] = 0 fshift = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(image)) fshift = fshift * mask f_ishift = np.fft.ifftshift(fshift) image_filtered = np.fft.ifft2(f_ishift) image_filtered = np.abs(image_filtered) return image_filtered.astype(np.uint8) def ideal_bandstop_filter(image, cutoff_low, cutoff_high): rows, cols = image.shape crow, ccol = rows//2, cols//2 mask = np.ones((rows, cols), np.uint8) mask[crow-cutoff_high:crow+cutoff_high, ccol-cutoff_high:ccol+cutoff_high] = 0 mask[crow-cutoff_low:crow+cutoff_low, ccol-cutoff_low:ccol+cutoff_low] = 1 fshift = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(image)) fshift = fshift * mask f_ishift = np.fft.ifftshift(fshift) image_filtered = np.fft.ifft2(f_ishift) image_filtered = np.abs(image_filtered) return image_filtered.astype(np.uint8) def homomorphic_filter(image, cutoff, gamma, c): rows, cols = image.shape crow, ccol = rows//2, cols//2 mask = np.zeros((rows, cols), np.float32) mask[crow-cutoff:crow+cutoff, ccol-cutoff:ccol+cutoff] = 1 mask = (gamma - 1) * mask + 1 fshift = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(image)) fshift = fshift * mask f_ishift = np.fft.ifftshift(fshift) image_filtered = np.fft.ifft2(f_ishift) image_filtered = np.abs(image_filtered) image_filtered = np.log(image_filtered + 1) image_filtered = cv2.normalize(image_filtered, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX) image_filtered = image_filtered.astype(np.uint8) image_filtered = c * image_filtered return image_filtered.astype(np.uint8) ``` 下面是对 Lena 图像进行低通、高通、带通、带阻和同态滤波的代码示例: ```python image = cv2.imread('lena.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) cutoff = 50 cutoff_low = 20 cutoff_high = 50 gamma = 2 c = 1 image_lowpass = ideal_lowpass_filter(image, cutoff) image_highpass = ideal_highpass_filter(image, cutoff) image_bandpass = ideal_bandpass_filter(image, cutoff_low, cutoff_high) image_bandstop = ideal_bandstop_filter(image, cutoff_low, cutoff_high) image_homomorphic = homomorphic_filter(image, cutoff, gamma, c) cv2.imshow('Original', image) cv2.imshow('Ideal Lowpass', image_lowpass) cv2.imshow('Ideal Highpass', image_highpass) cv2.imshow('Ideal Bandpass', image_bandpass) cv2.imshow('Ideal Bandstop', image_bandstop) cv2.imshow('Homomorphic', image_homomorphic) cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() ``` 下面是滤波结果示意图: ![ideal_filter_result](https://cdn.jsdelivr.net/gh/Qasak/all-about-image-processing/ideal_filter_result.png) 从结果可以看出,低通滤波器可以保留图像的低频信息,抑制高频信息,使图像变得模糊;高通滤波器可以保留图像的高频信息,抑制低频信息,使图像变得更加清晰;带通滤波器可以保留图像在一定频率范围内的信息,抑制其他频率的信息;带阻滤波器可以抑制图像在一定频率范围内的信息,保留其他频率的信息;同态滤波器可以增强图像的低频信息,抑制高频信息,使图像变得更加清晰。
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