数字图像的均值滤波,中值滤波,高斯滤波,双边滤波

        均值滤波原理:均值滤波是典型的线性滤波算法,它是指在图像上对目标像素给一个模板,该模板包括了其周围的临近像素(以目标像素为中心的周围8个像素,构成一个滤波模板,即包括目标像素本身),再用模板中的全体像素的平均值来代替原来像素值。

        均值滤波的卷积核模板一般为:

                                                  

        原图,卷积核为3 * 3,卷积核为7 * 7

           

        中值滤波原理:中值滤波法是一种非线性平滑技术,它将每一像素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点灰度值的中值.

        中值卷积模板:

                                

        原图,卷积核为3 * 3,卷积核为7 * 7

         

        高斯滤波原理:高斯滤波是一种线性平滑滤波,适用于消除高斯噪声,广泛应用于图像处理的减噪过程。高斯滤波就是对整幅图像进行加权平均的过程,每一个像素点的值,都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。高斯滤波的具体操作是:用一个模板(或称卷积、掩模)扫描图像中的每一个像素,用模板确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。

        高斯滤波卷积核模板:

                                         

        原图,卷积核为3 * 3,卷积核为7 * 7

              

        双边滤波原理:高斯滤波是以距离为权重,设计滤波模板作为滤波系数,只考虑了像素间的空间位置上的关系,因此滤波的结果会丢失边缘的信息。在高斯基础上,进一步优化,叠加了像素值的考虑,因此也就引出了双边滤波,一种非线性滤波,滤波效果对保留边缘更有效。

        双边滤波的核函数是空间域核与像素范围域核的综合结果:

        1)在图像的平坦区域,像素值变化很小,那么像素差值接近于0,对应的像素范围域权重接近于1,此时空间域权重起主要作用,相当于进行高斯模糊;

        2)在图像的边缘区域,像素值变化很大,那么像素差值大,对应的像素范围域权重变大,即使距离远空间域权重小,加上像素域权重总的系数也较大,从而保护了边缘的信息。

                

 

### 常用图像处理滤波方法 #### 工作原理及应用比较 #### 均值滤波 均值滤波是一种简单的线性平滑技术,通过计算邻域内像素的平均值来替代中心像素值。这种方法可以有效减少随机噪声的影响,但对于边缘和其他细节部分可能会造成模糊效应[^1]。 ```python import cv2 import numpy as np def mean_filter(image, kernel_size=3): return cv2.blur(image, (kernel_size, kernel_size)) ``` #### 高斯滤波 高斯滤波同样属于线性空间卷积运算的一种形式,在该过程中不仅考虑了临近像素的空间关系还加入了权重因子——即距离越近则赋予更高的权值;因此相比普通的均值滤波器而言能够更好地保留原始信号中的重要特征如边界等位置的信息[^2]。 ```python def gaussian_filter(image, sigma=1.0, kernel_size=(5, 5)): return cv2.GaussianBlur(image, ksize=kernel_size, sigmaX=sigma) ``` #### 中值滤波 作为一种典型的非线性的局部统计排序估计法,中值滤波对于脉冲型椒盐噪音具有非常好的抑制作用而不影响其他正常数据点之间的相对顺序特性,特别适用于去除这种类型的干扰项并保持良好的视觉质量. ```python def median_filter(image, aperture_size=3): return cv2.medianBlur(image, aperture_size) ``` #### 双边滤波 双边滤波结合了灰度相似性和几何接近度两个方面的考量因素来进行加权求和操作,从而既能在一定程度上消除高频成分又不会破坏低频结构信息,尤其适合用来处理含有纹理区域较多的目标对象. ```python def bilateral_filter(image, d=9, sigma_color=75, sigma_space=75): return cv2.bilateralFilter(image, d=d, sigmaColor=sigma_color, sigmaSpace=sigma_space) ``` 每种滤波方式都有各自的特点以及适用范围: - **均值滤波**:简单快速但容易使图片变得模糊; - **高斯滤波**:能够在较好地保护轮廓的同时削弱杂音; - **中值滤波**:针对特定种类(比如椒盐)的异常值有很好的清理能力; - **双边滤波**:兼顾了颜色一致性和空间连续性两方面的要求,可用于增强或简化复杂场景下的表现力。
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