《OpenCV3编程入门》第6章-学习笔记1-线性滤波：方框滤波+均值滤波+高斯滤波【理论知识基础】

目录

图像滤波的目的：

滤波处理的要求 

平滑滤波目的有两类

OpenCV常用线性滤波器：

OpenCV常用非线性滤波器：

线性滤波器定义及常用的线性滤波器：

滤波和模糊

邻域算子与线性滤波器

 OpenCV常用线性滤波器：

【方框滤波（box Filter）】

【均值滤波】 

【高斯滤波】 

GaussianBlur函数

 图像滤波的目的：

一是抽出对象的特征作为图像识别的特征模式;另一个是为适应图像处理的要求，消除图像数字化时所混入的噪声。

滤波处理的要求 

一是不能损坏图像的轮廓及边缘等重要信息;二是使图像清晰视觉效果好。

平滑滤波目的有两类

一类是模糊；另一类是消除噪音。平滑滤波是低频增强的空间域滤波技术。

OpenCV常用线性滤波器：

• 方框滤波——boxblur函数
• 均值滤波（邻域平均滤波）——blur函数
• 高斯滤波——GaussianBlur函数

OpenCV常用非线性滤波器：

• 中值滤波——medianBlur函数
• 双边滤波——bilateralFilter函数

线性滤波器定义及常用的线性滤波器：

线性滤波器经常用于剔除输入信号中不想要的频率或者从许多频率中选择一个想要的频率 

• 允许低频率通过的低通滤波器。
• 允许高频率通过的高通滤波器。
• 允许一定范围频率通过的带通滤波器。
• 阻止一定范围频率通过并且允许其它频率通过的带阻滤波器。
• 允许所有频率通过、仅仅改变相位关系的全通滤波器。
• 阻止一个狭窄频率范围通过的特殊带阻滤波器，陷波滤波器（Band-stop filter）。
   

滤波和模糊

滤波可分低通滤波和高通滤波两种

低通滤波是模糊图像；高通滤波是锐化图像

举例：高斯滤波：模糊就是高斯低通滤波，高斯滤波可以高通滤波也可以是低通滤波

邻域算子与线性滤波器

邻域算子（局部算子）是利用给定像素周围的像素值的决定此像素的最终输出值的一种算子。

邻域算子除了用于局部色调调整以外，还可以用于图像滤波，实现图像的平滑和锐化，图像边缘增强或者图像噪声的去除。

而线性邻域滤波是一种常用的邻域算子，像素的输出值取决于输入像素的加权和

以上图为例：

原始图像是8行8列的。算子h是3行3列，每个小格子代表的是权重，与原始图像上每3*3的格子想成得到滤波后的值

比如红色是原始的，乘以h，得到蓝色的

原始图像是8*8的，经过乘以3*3的算子，就变成了6*6的图像。（可以把算子从原始图像左上角往右平移，能平移6次！）

                                          其中f表示输入像素值，h表示加权系数“核“，g表示输出像素值 

 OpenCV常用线性滤波器：

方框滤波——boxblur函数

均值滤波——blur函数

高斯滤波——GaussianBlur函数

【方框滤波（box Filter）】

  

   

    

     

    
    

     

      C++: void boxFilter(InputArray src,OutputArray dst, int ddepth, Size ksize, Point anchor=Point(-1,-1), boolnormalize=true, int borderType=BORDER_DEFAULT )
     
    
   

    

     

    
    

     

    
  
 

1. 第一个参数，InputArray类型的src，输入图像，即源图像，填Mat类的对象即可。该函数对通道是独立处理的，且可以处理任意通道数的图片，但需要注意，待处理的图片深度应该为CV_8U, CV_16U, CV_16S, CV_32F 以及 CV_64F之一。
2. 第二个参数，OutputArray类型的dst，即目标图像，需要和源图片有一样的尺寸和类型。
3. 第三个参数，int类型的ddepth，输出图像的深度，-1代表使用原图深度，即src.depth()。
4. 第四个参数，Size类型（对Size类型稍后有讲解）的ksize，内核的大小。一般这样写Size( w,h )来表示内核的大小( 其中，w 为像素宽度， h为像素高度)。Size（3,3）就表示3x3的核大小，Size（5,5）就表示5x5的核大小
5. 第五个参数，Point类型的anchor，表示锚点（即被平滑的那个点），注意他有默认值Point(-1,-1)。如果这个点坐标是负值的话，就表示取核的中心为锚点，所以默认值Point(-1,-1)表示这个锚点在核的中心。
6. 第六个参数，bool类型的normalize，默认值为true，一个标识符，表示内核是否被其区域归一化（normalized）了。
7. 第七个参数，int类型的borderType，用于推断图像外部像素的某种边界模式。有默认值BORDER_DEFAULT，我们一般不去管它

当normalize=true的时候，方框滤波就变成了我们熟悉的均值滤波。也就是说，均值滤波是方框滤波归一化（normalized）后的特殊情况。其中，归一化就是把要处理的量都缩放到一个范围内,比如(0,1)，以便统一处理和直观量化。

【均值滤波】 

均值滤波，是最简单的一种滤波操作，输出图像的每一个像素是核窗口内输入图像对应像素的像素的平均值( 所有像素加权系数相等)，其实说白了它就是归一化后的方框滤波 

• blur函数内部中其实就是调用了一下boxFilter。
• 均值滤波是典型的线性滤波算法，主要方法为邻域平均法，即用一片图像区域的各个像素的均值来代替原图像中的各个像素值。
• 均值滤波本身存在着固有的缺陷，即它不能很好地保护图像细节，在图像去噪的同时也破坏了图像的细节部分，从而使图像变得模糊，不能很好地去除噪声点。

  

   

    

     

    
    

     

      C++: void blur(InputArray src, OutputArraydst, Size ksize, Point anchor=Point(-1,-1), int borderType=BORDER_DEFAULT )
     
    
   

    

     

    
    

     

    
  
 

1.  第一个参数，InputArray类型的src，输入图像，即源图像，填Mat类的对象即可。该函数对通道是独立处理的，且可以处理任意通道数的图片，但需要注意，待处理的图片深度应该为CV_8U, CV_16U, CV_16S, CV_32F 以及 CV_64F之一。
2. 第二个参数，OutputArray类型的dst，即目标图像，需要和源图片有一样的尺寸和类型。比如可以用Mat::Clone，以源图片为模板，来初始化得到如假包换的目标图。
3. 第三个参数，Size类型（对Size类型稍后有讲解）的ksize，内核的大小。一般这样写Size( w,h )来表示内核的大小( 其中，w 为像素宽度， h为像素高度)。Size（3,3）就表示3x3的核大小，Size（5,5）就表示5x5的核大小
4. 第四个参数，Point类型的anchor，表示锚点（即被平滑的那个点），注意他有默认值Point(-1,-1)。如果这个点坐标是负值的话，就表示取核的中心为锚点，所以默认值Point(-1,-1)表示这个锚点在核的中心。
5. 第五个参数，int类型的borderType，用于推断图像外部像素的某种边界模式。有默认值BORDER_DEFAULT，我们一般不去管它。

【高斯滤波】 

• 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。
• 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。
• 高斯平滑也用于计算机视觉算法中的预先处理阶段，以增强图像在不同比例大小下的图像效果（参见尺度空间表示以及尺度空间实现）。从数学的角度来看，图像的高斯模糊过程就是图像与正态分布做卷积。由于正态分布又叫作高斯分布，所以这项技术就叫作高斯模糊。
• 图像与圆形方框模糊做卷积将会生成更加精确的焦外成像效果。由于高斯函数的傅立叶变换是另外一个高斯函数，所以高斯模糊对于图像来说就是一个低通滤波操作。
• 高斯滤波器是一类根据高斯函数的形状来选择权值的线性平滑滤波器。高斯平滑滤波器对于抑制服从正态分布的噪声非常有效。

 一维零均值高斯滤波函数：

二维零均值高斯滤波函数：

GaussianBlur函数

作用是用高斯滤波器来模糊一张图片

  

   

    

     

    
    

     

       C++: void GaussianBlur(InputArray src,OutputArray dst, Size ksize, double sigmaX, double sigmaY=0, intborderType=BORDER_DEFAULT )
     
    
   

    

     

    
    

     

    
  
 

1. 第一个参数，InputArray类型的src，输入图像，即源图像，填Mat类的对象即可。它可以是单独的任意通道数的图片，但需要注意，图片深度应该为CV_8U,CV_16U, CV_16S, CV_32F 以及 CV_64F之一。
2. 第二个参数，OutputArray类型的dst，即目标图像，需要和源图片有一样的尺寸和类型。比如可以用Mat::Clone，以源图片为模板，来初始化得到如假包换的目标图。
3. 第三个参数，Size类型的ksize高斯内核的大小。其中ksize.width和ksize.height可以不同，但他们都必须为正数和奇数。或者，它们可以是零的，它们都是由sigma计算而来。
4. 第四个参数，double类型的sigmaX，表示高斯核函数在X方向的的标准偏差。
5. 第五个参数，double类型的sigmaY，表示高斯核函数在Y方向的的标准偏差。若sigmaY为零，就将它设为sigmaX，如果sigmaX和sigmaY都是0，那么就由ksize.width和ksize.height计算出来。
6. 为了结果的正确性着想，最好是把第三个参数Size，第四个参数sigmaX和第五个参数sigmaY全部指定到。
7. 第六个参数，int类型的borderType，用于推断图像外部像素的某种边界模式。有默认值BORDER_DEFAULT，我们一般不去管它。 

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