Пространственные методы улучшения изображения презентация

Глобальные методы: простота в исполнении и быстродействие.
Локальные методы: адаптация.
Пространственная фильтрация

Этапы пространственной фильтрации
формирование локальной окрестности и ее центральной точки;
проведение операции на пикселями данной локальной окрестности;
присвоение результата операции (п. 2) центральной точке окрестности;
повторение операций, описанных в п.п. 1 – 3, для каждой точки изображения.

Фильтрация в пространственной области
Фильтрация изображение f (MxN) с помощью фильтра w (mxn):
где
x = 0,1,2,…,M-1
y = 0,1,2,….,N-1
m,n – нечетные числа
Отклик фильтрации:
Отклик линейного фильтра в точке (x,y):
Матрица w – фильтр, маска, ядро, окно.

Пример: фильтр 3х3
Фильтрация в пространственной области
Если центр маски приближается к границам изображения, то …????

1. Линейные сглаживающие пространственные фильтры:
Однородный усредняющий фильтр
Фильтр «взвешенного среднего»
R=?
Фильтрация в пространственной области
расфокусировка изображения (удаление мелких деталей, устранение разрывов в линиях или деталях …)
подавление шума.

Однородный усредняющий фильтр
Фильтрация в пространственной области
Применение? Недостатки ?
«Несущественные детали»
уменьшение резких переходов уровней яркости (удаление случайных шумов)
подавление несущественных деталей
расфокусировка контуров (интересующие контуры характеризуются резкими изменениями яркости)

Фильтр «взвешенного среднего»
R=?
Фильтрация в пространственной области
- Уменьшение расфокусировки при сглаживании

Пример: сглаживающие фильтры различных размеров (n=3,5,9,15,35)
Фильтрация в пространственной области
Создание грубого образа интересующих объектов
Мелкие детали смешиваются с фоном

Пример: Расфокусировка изображения с помощью сглаживающих фильтров
Фильтрация в пространственной области
Важное применение пространственного сглаживающего фильтра – расфокусировка изображения, позволяющая создать грубый образ объектов на изображении (интенсивность мелких деталей, как шумов, смешивается с фоном).
Фильтрация Разделение
по порогу

2. Медианный фильтр
Фильтрация в пространственной области
Медиана набора чисел – число k, половина чисел из набора меньше или равны k, другая половина – больше или равны k.
Медианный фильтр заменяет значение пикселя на значение медианы распределения яркости всех пикселей под маской фильтра. При этом получается подавление шумов с значительно меньшим эффектом расфокусировки, чем у линейных фильтров.
Медианные фильтры эффективны при фильтрации импульсных шумов (шумы "соль и перец").

2. Медианный фильтр
Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области
Основная функция медианного фильтра – замена отличающегося от фона значения пикселя на другое, более близкое его соседям.
Результат: изолированные темные или светлые (по сравнением с фоном) кластеры, имеющие площадь не более чем n2/2 (половина площади маски фильтра) будут удалены.
Медианна – 50-й процентиль.
Фильтр максимума – 100 процентиль (поиск наиболее ярких точек по отношению к фону).
Фильтр минимума – 0 процентиль (поиск наиболее темных точек).

3. Фильтр повышения резкости
Фильтрация в пространственной области
Подчеркивание мелких деталей или улучшение расфокусированных деталей.
Расфокусировка >< повышение резкости
Усреднение ~ интегрирование >< дифференцирование ~ повышение резкости
Производная в точке изображения пропорциональна степени разрывности изображения в данной точке.
Заключение: Дифференцирование изображения позволяет усилить перепады и другие разрывы и не подчеркивать области с медленными изменениями уровней яркости.
Первая производная:
Вторая производная:

Фильтрация в пространственной области
Свойства первой производной:
равна 0 на плоских участках; ненулевая в начале и конце ступеньки или склона яркости;
ненулевая на склонах яркости.
Свойства второй производной:
равна 0 на плоских участках;
ненулевая в начале и конце ступеньки или склона яркости;
равна 0 на склонах постоянной крутизны.

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области
Заключение
Первая производная обычно дает в результате более толстые контуры.
Вторая производная дает больший по величине отклик на мелкие детали.
Вторая производная оказывается очень чувствительной к шуму.

Фильтрация в пространственной области

Градиент - изображение, обработанное фильтром, представляющим формулу для вычисления первой производной.
Лапласиан - изображение, обработанное фильтром, представляющим формулу для вычисления второй производной.
Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области
Улучшение изображений с использованием вторых производных - Лапласиана

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Использование Лапласиана для обнаружения точке

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области
Нерезкое маскирование и фильтрация с подъемом высоких частот:
Расфокусировать оригинальное изображения
Вычитывать расфокусированное изображение из оригинального
Добавить часть результата к оригинальному
k=1 нерезкое маскирование
k>1 фильтрация с подъемом высоких частот

a b
c d
a – оригинальное, b – k=1, c – k=1.5, d – k=2

Фильтрация в пространственной области
Улучшение изображения с использованием первых производных
Градиент изображения:
Модуль вектора градиента:
Обычная практика:
?Зачем????

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области
Градиенты изображения

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области

Фильтрация в пространственной области
Определение диагональных контуров

Фильтрация в пространственной области

Использование фильтра для обнаружения перепадов

Использование фильтра для обнаружения перепадов

Использование фильтра для обнаружения перепадов

Фильтрация в пространственной области