圖像平滑算法
圖像平滑與圖像模糊是同一概念，主要用於圖像的去噪。平滑要使用濾波器，為不改變圖像的相位信息，一般使用線性濾波器，其統一形式如下：
其中h稱為濾波器的核函數，說白了就是權值。不同的核函數代表不同的濾波器，有不同的用途。
在圖像處理中，常見的濾波器包括：
1.歸一化濾波器（Homogeneous blur）
也是均值濾波器，用輸出像素點核窗口內的像素均值代替輸出點像素值。
2.高斯濾波器（Guassian blur）
是實際中最常用的濾波器，高斯濾波是將輸入數組的每一個像素點與 高斯內核 卷積將卷積和當作輸出像素值。高斯核相當於對輸出像素的鄰域賦予不同的權值，輸出像素點所在位置的權值最大（對應高斯函數的均值位置）。二維高斯函數為，
1.中值濾波器（median blur）
中值濾波將圖像的每個像素用鄰域(以當前像素為中心的正方形區域)像素的中值代替。對椒鹽噪聲最有效的濾波器，去除跳變點非常有效。
2.雙邊濾波器（Bilatrial blur）
為避免濾波器平滑圖像去噪的同時使邊緣也模糊，這種情況下使用雙邊濾波器。關於雙邊濾波器的解釋參見http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/MANDUCHI1/Bilateral_Filtering.html
下面的程序將先給標准Lena圖像添加椒鹽噪聲，分別使用4種不同的濾波器進行平滑操作，請注意觀察不同濾波器對椒鹽噪聲的去噪效果！
程序分析及結果
/*
* FileName : image_smoothing.cpp
* Author : xiahouzuoxin @163.com
* Version : v1.0
* Date : Wed 17 Sep 2014 08:30:25 PM CST
* Brief :
*
* Copyright (C) MICL,USTB
*/
#include "cv.h"
#include "imgproc/imgproc.hpp"
#include "highgui/highgui.hpp"
using namespace std;
using namespace cv;
const int MAX_KERNEL_LENGTH = 10;
const char *wn_name = "Smoothing";
static void salt(Mat &I, int n);
static void disp_caption(const char *wn_name, Mat src, const char *caption);
static void disp_image(const char *wn_name, Mat I);
/*
* @brief
* @inputs
* @outputs
* @retval
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc<2) {
cout<<"Usage: ./image_smoothing [file name]"<<endl;
return -1;
}
Mat I = imread(argv[1], CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
salt(I, 6000);
imshow(wn_name, I);
waitKey(0);
Mat dst; // Result
/* Homogeneous blur */
disp_caption(wn_name, I, "Homogeneous blur");
for (int i=1; i<MAX_KERNEL_LENGTH; i+=2) {
blur(I, dst, Size(i, i), Point(-1,-1));
disp_image(wn_name, dst);
}
/* Guassian blur */
disp_caption(wn_name, I, "Gaussian blur");
for (int i=1; i<MAX_KERNEL_LENGTH; i+=2) {
GaussianBlur(I, dst, Size(i, i), 0, 0);
disp_image(wn_name, dst);
}
/* Median blur */
disp_caption(wn_name, I, "Median blur");
for (int i=1; i<MAX_KERNEL_LENGTH; i+=2) {
medianBlur(I, dst, i);
disp_image(wn_name, dst);
}
/* Bilatrial blur */
disp_caption(wn_name, I, "Bilatrial blur");
for (int i=1; i<MAX_KERNEL_LENGTH; i+=2) {
bilateralFilter(I, dst, i, i*2, i/2);
disp_image(wn_name, dst);
}
waitKey(0);
return 0;
}
/*
* @brief 顯示提示文字（濾波方法）
* @inputs
* @outputs
* @retval
*/
static void disp_caption(const char *wn_name, Mat src, const char *caption)
{
Mat dst = Mat::zeros(src.size(), src.type());
putText(dst, caption, Point(src.cols/4, src.rows/2), CV_FONT_HERSHEY_COMPLEX, 1, Scalar(255,255,255));
imshow(wn_name, dst);
waitKey(0);
}
/*
* @brief 顯示圖像
* @inputs
* @outputs
* @retval
*/
static void disp_image(const char *wn_name, Mat I)
{
imshow(wn_name, I);
waitKey(1000);
}
/*
* @brief 添加椒鹽噪聲
* @inputs
* @outputs
* @retval
*/
static void salt(Mat &I, int n=3000)
{
for (int k=0; k<n; k++) {
int i = rand() % I.cols;
int j = rand() % I.rows;
if (I.channels()) {
I.at<uchar>(j,i) = 255;
} else {
I.at<Vec3b>(j,i)[0] = 255;
I.at<Vec3b>(j,i)[1] = 255;
I.at<Vec3b>(j,i)[2] = 255;
}
}
}
上面程序的邏輯非常清晰：
1.讀入灰度圖，並添加椒鹽噪聲（6000個噪聲點）：
Mat I = imread(argv[1], CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
salt(I, 6000);
2.disp_caption和disp_image函數分別是用於顯示提示文字和平滑過程中的變化圖像的，平滑過程中圖像的變化如下圖：
注意觀察上面的圖，中值濾波（Median Blur）對椒鹽噪聲的效果最好！
3.四種濾波方法分別使用到4個OpenCV函數，這些函數的聲明都在imgproc.hpp中，這些函數的前2個參數都是原圖像和濾波後圖像。
歸一化濾波器blur的第3個參數為濾波核窗口的大小，Size(i,i)表示ixi大小的窗口。
高斯濾波器GaussianBlur第3個參數也是濾波核窗口的大小，第4、第5個參數分辨表示x方向和y方向的δ。
中值濾波器medianBlur第3個參數是濾波器的長度，該濾波器的窗口為正方形。
雙邊濾波器的函數原型如下：
//! smooths the image using bilateral filter
CV_EXPORTS_W void bilateralFilter( InputArray src, OutputArray dst, int d,
double sigmaColor, double sigmaSpace,
int borderType=BORDER_DEFAULT );
4.本程序使用的Makefile文件為：
TARG=image_smoothing
SRC=image_smoothing.cpp
LIB=-L/usr/local/lib/
INC=-I/usr/local/include/opencv/ -I/usr/local/include/opencv2
CFLAGS=
$(TARG):$(SRC)
g++ -g -o $@ ${CFLAGS} $(LIB) $(INC) \
-lopencv_core -lopencv_highgui -lopencv_imgproc \
$^
.PHONY:clean
clean:
-rm $(TARG) tags -f
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Ubuntu Linux下安裝OpenCV2.4.1所需包 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/68184.htm
Ubuntu 12.04 安裝 OpenCV2.4.2 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-09/70158.htm
CentOS下OpenCV無法讀取視頻文件 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-07/39295.htm
Ubuntu 12.04下安裝OpenCV 2.4.5總結 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/86704.htm
Ubuntu 10.04中安裝OpenCv2.1九步曲 http://www.linuxidc.com/Linux/2010-09/28678.htm
基於QT和OpenCV的人臉識別系統 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-11/47806.htm
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OpenCV的詳細介紹：請點這裡
OpenCV的下載地址：請點這裡
