非局部均值（Non Local Mean）【GLSL】

原理介绍：

请参考这篇博文——https://blog.csdn.net/panda1234lee/article/details/88016834

代码及详细注释：

  

   

    

     

    
    

     

      //#version 120
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

      uniform sampler2D iChannel0;
     
    
   

    

     

    
    

     

      const vec2 iResolution = vec2(512., 512.);
     
    
   

    

     

    
    

     

      const vec2 inv_res = vec2(1.) / iResolution.xy;
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

      const int search_radius = 3; // 搜索窗口半径
     
    
   

    

     

    
    

     

      const int block_radius = 1; // 模板窗口半径
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

      const int search_window = 2 * search_radius + 1; // 搜索窗口大小
     
    
   

    

     

    
    

     

      const float minus_search_window2_inv = -1.f/(search_window * search_window);  // -.5f // opencv-cuda
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

      const int h = 10; // 控制高斯函数衰减的程度
     
    
   

    

     

    
    

     

      const int block_window = 2 * block_radius + 1; // 模板窗口大小
     
    
   

    

     

    
    

     

      const float minus_h2_inv = -1.f/(h * h * 4); // 通道数为 4， opencv-cuda
     
    
   

    

     

    
    

     

      //const float noise_mult = minus_h2_inv / (block_window * block_window); // opencv-cuda
     
    
   

    

     

    
    

     

      const float noise_mult = minus_h2_inv * 500;  // 保留更多细节
     
    
   

    

     

    
    

     

      //const float noise_mult = -10.f; // 0.f;
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

      // L2 范数
     
    
   

    

     

    
    

     

      float norm2(const vec4 v) 
     
    
   

    

     

    
    

     

      { 
     
    
   

    

     

    
    

     
   //return v.x*v.x + v.y*v.y + v.z*v.z + v.w*v.w; 
     
    
   

    

     

    
    

     
   return pow(v.x, 2) + pow(v.y, 2) + pow(v.z, 2) + pow(v.w, 2);
     
    
   

    

     

    
    

     

      }
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

      void main(void)
     
    
   

    

     

    
    

     

      {
     
    
   

    

     

    
    

     

         vec2 coord_xy = gl_FragCoord.xy;
     
    
   

    

     

    
    

     
      
     
    
   

    

     

    
    

     

         vec4 sum1 = vec4(0.f);
     
    
   

    

     

    
    

     
   float sum2 = 0.f;
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     
   // 遍历搜索窗口
     
    
   

    

     

    
    

     
   for(float y = -search_radius; y <= search_radius; ++y)
     
    
   

    

     

    
    

     

         {
     
    
   

    

     

    
    

     
      for(float x = -search_radius; x <= search_radius; ++x)
     
    
   

    

     

    
    

     

            {
     
    
   

    

     

    
    

     
          // 统计一个搜索窗口内的颜色（所有模板窗口内颜色的） L2 范数之和
     
    
   

    

     

    
    

     
          float dist2 = 0;
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     
          // 遍历模板窗口
     
    
   

    

     

    
    

     
          for(float ty = -block_radius; ty <= block_radius; ++ty)
     
    
   

    

     

    
    

     

                {
     
    
   

    

     

    
    

     
             for(float tx = -block_radius; tx <= block_radius; ++tx)
     
    
   

    

     

    
    

     

                   {
     
    
   

    

     

    
    

     
                // 搜索窗口邻域
     
    
   

    

     

    
    

     

                      vec2 uv0 = (coord_xy + vec2(x + tx, y + ty)) * inv_res;
     
    
   

    

     

    
    

     

                      vec4 bv = /*clamp(*/ texture2D(iChannel0, uv0)/*, 0., 1. )*/;
     
    
   

    

     

    
    

     
                
     
    
   

    

     

    
    

     
                // 当前像素邻域
     
    
   

    

     

    
    

     

                      vec2 uv1 = (coord_xy + vec2(tx, ty)) * inv_res;
     
    
   

    

     

    
    

     

                      vec4 av = /*clamp(*/ texture2D(iChannel0, uv1)/*, 0., 1. )*/;
     
    
   

    

     

    
    

     
                
     
    
   

    

     

    
    

     

                      dist2 += norm2(av - bv);
     
    
   

    

     

    
    

     

                   }
     
    
   

    

     

    
    

     

                }
     
    
   

    

     

    
    

     
          // 一个搜索窗口下，（所有模板窗口的颜色距离和像素距离计算出的）高斯权重
     
    
   

    

     

    
    

     
          float w = exp(dist2 * noise_mult + (pow(x, 2) + pow(y, 2)) * minus_search_window2_inv);
     
    
   

    

     

    
    

     
 
     
    
   

    

     

    
    

     

                vec2 uv2 = (coord_xy + vec2(x, y)) * inv_res;
     
    
   

    

     

    
    

     

                sum1 +=  w * /*clamp(*/ texture2D(iChannel0, uv2) /*, 0., 1.)*/;  // 高斯权重 * 像素值
     
    
   

    

     

    
    

     
          
     
    
   

    

     

    
    

     

                sum2 += w; // 累加所有搜索窗口的高斯权重，用于归一化
     
    
   

    

     

    
    

     

            }
     
    
   

    

     

    
    

     

         }
     
    
   

    

     

    
    

     
   
     
    
   

    

     

    
    

     

         gl_FragColor = vec4(sum1 / sum2);
     
    
   

    

     

    
    

     
   //gl_FragColor = texture2D(iChannel0, coord_xy * inv_res); // test
     
    
   

    

     

    
    

     
   
     
    
   

    

     

    
    

     

      }
     
    
  
 

原图：

 滤波效果图（在我机器上瞬时的 fps 达到了 205 左右）：

NLM 去噪效果是挺不错，但是它的最大缺点就是计算复杂度太高，程序非常耗时，一旦增加 block_radius，FPS 就 “嗖嗖” 得下降了。 -_-b

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