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空域滤波算法对比分析报告
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更新于2023-03-03
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包括椒盐噪声,高斯噪声,均值滤波,中值滤波,高斯滤波,Sobel滤波,Laplace滤波和对应的系统函数以及三种常用的参数分析,MSE,PSNR,SSIM,基础知识推导以及内容,代码上都有详解。有缘人看到就拿去用
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图像空域滤波算法对比研究
摘要:经图像信息输入系统获取的原图像中通常都含有各种各样的噪声和畸变,大大影
响了图像的质量。因此,在对图像进行分析之前,必须先对图像质量进行改善。通常,
采用图像增强的方法对图像质量进行改善。图像增强不会考虑引起图像质量下降的原因,
而是将图像中感兴趣的特征有选择的突出,并衰减不需要的特征。为在领域内实现图像
增强操作,常可利用模板与图像进行卷积,每个模板实际上是一个二维数组,其中各个
元素的取值确定了模板的功能,这种模板操作也称为空域滤波器法。具体有平滑滤波器,
中值滤波器,锐化滤波器。本文利用 Python+opencv 实现对了各种图像进行平滑以及
锐化滤波,经实验结果表明,图像空域滤波算法是提高图像表现能力的一个有效方法.
关键词:空域滤波;平滑;锐化
引言
一幅图像可能会受到各种噪声的干扰,而数字图像的实质就是光电信息,因此图像噪
声主要可能来源于以下几个方面:光电传感器噪声、大气层电磁暴、闪电等引起的强脉
冲干扰、相片颗粒噪声和信道传输误差引起的噪声等。噪声的存在恶化了图像质量,使
图像模糊,更严重的甚至是图像的特征完全被淹没,以至于给图像识别和分析带来了困
难。通常,采用图像增强的方法对图像质量进行改善。图像增强不会考虑引起图像质量
下降的原因,而是将图像中感兴趣的特征有选择的突出,并衰减不需要的特征。目前比
较经典的去噪声的方法都或多或少给图像带来模糊,因此,探求一种既能去除噪声又不
至于使图像模糊的方法,一直是图像增强处理中的难题,至今尚在不断地探索。
目录
引言.......................................................................................................................................................2
第 1 章 空域滤波的基础理论...............................................................................................................4
1.1 概要...................................................................................................................................................4
1.2 噪声...................................................................................................................................................5
第 2 章 平滑滤波..................................................................................................................................7
2.1 平滑滤波简介...................................................................................................................................7
2.2 均值滤波...........................................................................................................................................7
2.3 加权均值滤波...................................................................................................................................8
2.4 中值滤波...........................................................................................................................................9
第 3 章 锐化滤波..................................................................................................................................9
3.1 锐化滤波简介...................................................................................................................................9
3.2 边缘检测.........................................................................................................................................10
3.3 Sobel 算子.......................................................................................................................................11
3.4 Laplace 算子....................................................................................................................................12
第 4 章 软件分析............................................................................................................................... .14
第 5 章 实验结果对比分析.................................................................................................................16
5.1 实验结果对比.................................................................................................................................16
4.2 参数分析.........................................................................................................................................21
第 6 章 设计总结............................................................................................................................... .25
参考文献..............................................................................................................................................26
附录................................................................................................................................... ..................27
第 1 章 空域滤波的基础理论.............................................................................................. ..................8
1.1 概要................................................................................................................................................... 8
1.2 噪声................................................................................................................................................... 8
第 2 章 平滑滤波.............................................................................................................. ...................10
2.1 平滑滤波简介.................................................................................................................................10
2.2 均值滤波.........................................................................................................................................10
2.3 加权均值滤波.................................................................................................................................11
2.4 中值滤波.........................................................................................................................................11
第 3 章 锐化滤波.............................................................................................................. ...................12
3.1 锐化滤波简介.................................................................................................................................12
3.2 边缘检测.........................................................................................................................................12
3.3 Sobel 算子.......................................................................................................................................13
3.4 Laplace 算子....................................................................................................................................14
第 4 章 软件分析.............................................................................................................. ...................16
第 5 章 实验结果对比分析........................................................................................................ ..........18
5.1 实验结果对比.................................................................................................................................18
4.2 参数分析.........................................................................................................................................22
第 6 章 设计总结.............................................................................................................. ...................26
参考文献..............................................................................................................................................27
附录.....................................................................................................................................................28
第1章 空域滤波的基础理论
1.1 概要
空域滤波是基于邻域处理的增强方法,直接在图像所在的二维空间进行处理,即对
每一个像素的灰度值进行处理。它应用某一模版对每个像素与其周围邻域的所有像素进
行某种数学运算得到该像素的灰度值,新的灰度值的大小不仅域该像素的灰度值有关,
而且还与其领域内的像素值的灰度有关。
空域滤波是在图像空间通过邻域操作完成的,最常用的运算是模版运算,基本思路是将
某个像素的值作为它本身的灰度值和其相邻像素灰度值的函数。模版可以看作是 n*n 的
小图像,最基本的尺寸为 3*3,更大的尺寸如 5*5,7*7,最常用的是卷积模版,其基本
步骤如下:
(1)将模板在图中漫游,并将模板中心与图中某个像素位置重合。
(2)将模板上的各个像素与模板下的各对应像素的灰度值相乘。
(3)将所有乘积相加(为保持图像的灰度范围,常常将灰度值除以模版中像素的个
数)得到的结果赋给图中对应模板中心位置的像素。
1.2 噪声
图像在生成和传输过程中常常因受到各种噪声的干扰和影响而是图像降质,这对后续
图像的处理和图像视觉效应将产生不利影响。噪声种类很多,比如:电噪声,机械噪声,
信道噪声和其他噪声。因此,为了抑制噪声,改善图像质量,便于更高层次的处理,必
须对图像进行去噪预处理。本次实验中用了两种常用的噪声,椒盐噪声与高斯噪声。
椒盐噪声:是由图像传感器,传输信道,解码处理等产生的黑白相间的亮暗点噪声。
在图像的灰度范围为[0,255],所谓椒盐,椒就是黑,盐就是白,椒盐噪声就是在图像上随
机出现黑色白色的像素。椒盐噪声是一种因为信号脉冲强度引起的噪声,产生该噪声的
算法也比较简单。椒盐噪声往往由图像切割引起,去除脉冲干扰及椒盐噪声最常用的最
有效算法是中值滤波,所以我们添加椒盐在该实验中用于测试中值滤波。
高斯噪声:定义为幅度分布服从高斯分布,概率谱分布服从均匀分布。白光是所有颜
色光的集合,而白噪声也可以理解成在频谱上分布丰富,且在功率谱上趋近于常值。频
域有限,时域无限,那么也就是说,它在任何时刻出现的噪声幅值都是随机的。高斯分
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