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 22:05:17 浏览: 204
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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float DigFil(invar, setic) float invar; int setic; /******************************************************************************/ /* Filter Solutions Version 2009 Nuhertz Technologies, L.L.C. */ /* www.nuhertz.com */ /* +1 602-279-2448 */ /* 3rd Order Band Pass Butterworth */ /* Bilinear Transformation with Prewarping */ /* Sample Frequency = 5.000 KHz */ /* Standard Form */ /* Arithmetic Precision = 4 Digits */ /* */ /* Center Frequency = 300.0 Rad/Sec */ /* Pass Band Width = 20.00 Rad/Sec */ /* */ /******************************************************************************/ /* */ /* Input Variable Definitions: */ /* Inputs: */ /* invar float The input to the filter */ /* setic int 1 to initialize the filter to zero */ /* */ /* Option Selections: */ /* Standard C; Initializable; Internal States; Not Optimized; */ /* */ /* There is no requirement to ever initialize the filter. */ /* The default initialization is zero when the filter is first called */ /* */ /******************************************************************************/ /* */ /* This software is automatically generated by Filter Solutions */ /* no restrictions from Nuhertz Technologies, L.L.C. regarding the use and */ /* distributions of this software. */ /* */ /******************************************************************************/ { float sumnum=0.0, sumden=0.0; int i=0; static float states[6] = {0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0}; static float znum[7] = { -7.968e-09, 0.0, 2.39e-08, 0.0, -2.39e-08, 0.0, 7.968e-09 }; static float zden[6] = { .992, -5.949, 14.88, -19.86, 14.92, -5.981 }; if (setic==1){ for (i=0;i<6;i++) states[i] = [i] = [i]*invar; return 0.0; } else{ sumnum = sumden = 0.0; for (i=0;i<6;i++){ sumden += states[i]*zden[i]; sumnum += states[i]*znum[i]; if (i<5) states[i] = states[i+1]; } states[5] = invar-sumden; sumnum += states[5]*znum[6]; return sumnum; } }
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