2012年11月15日 星期四

濾波器_99360800_游騰翔

影像濾波



目的:去除雜訊或強化物體的邊緣位置

濾波器種類:

  1. 平滑濾波器:降低雜訊。
  2. 中直濾波器:極大的降低雜訊。
  3. 銳化濾波器:強化物體的邊緣位置。



影像的品質可能會受到雜訊照明不均、或對比不夠的影響
雜訊主要來源是攝影機或影像擷取卡




版面





均值(平滑)濾波器

均值濾波器是一種線性濾波器

目的:用來平滑影像

做法:將每一個像素的周圍的像素值加起,然再以平均值取代該像素值。

結果:將變化較大之像素的像素值縮小




中值濾波器


此類雜訊,通常是以黑色或白色的點,隨機出現在擷取的影像內,與周遭像素顯得格格不
入,因此容易分辨


目的: 對隨機雜訊.脈衝雜訊,提供了絕佳的雜訊降低效能。

做法:將每一個像素的周圍的像素值以及本身共9個值取中值。 

結果:中值濾波器可以將雜訊去除,而仍然能夠保持邊緣的銳度







銳化濾波器

目的:是為了凸顯強度上的變遷,或者是用來強化物體的邊界線

做法:現做拉普拉斯變化表圖,再加上原圖。



結果:會增強影像中的微細部分恢復己經模糊的細節



        這次的作業讓我直覺地聯想到了許多市面上的APP與修圖軟體,或者是相機.手機裡拍照的效果處理。其實這些的原理都是以這些為基礎發展出來的,再針對各種不同的問題再改寫演算法等等。而這些原理其實一直以來都與生活環環相扣,不懂時用的很開心,了解以後使用的更有意義。
         雖然中間在理解的時候有許多地方無法通悟,但是在課後的討論以後慢慢的一點點的解開,上課有聽不一定會懂,而上課不聽想懂都難。更何況在不懂的情況下根本無法寫任何的程式,因為要先有基礎的觀念,要懂此濾波器目的以及做法,不然就算程式在好也是枉然。



























99360391 資工三乙 李裕揚

  Homework 2: 空間濾波器實作

做平滑化、銳化、胡椒鹽



原始圖


平滑化
*使相片邊緣的線條更圓滑,模糊


銳利化
*使相片裡的線條更加明顯,方法就是加強線條兩邊顏色的對比


胡椒鹽

*利用雜訊,一般是白色或黑色的點,隨機出現在影像中

程式是在期中考後寫的,經過期中考的洗禮,對於每行指令的認知也更進一步,也不是照抄老師,卻一知半解了!以前看的照片並不知道其實內含那麼多的道理,最重要的是,這些都可以用簡單的程式碼去實作,真的很新奇,很棒!

99360524 資工三乙 陳于光

             Homework 2: 空間濾波器實作

99360524_資工三乙_陳于光

這次的作業是,空間濾波器,平滑化、銳化、中值濾波器,其中平滑化也稱為低通濾波器 ,主要是去除雜訊,銳化也稱為高通濾波器,主要是強化物體的邊緣位置,而中值濾波器是排序濾波器中最常見的一種。
原圖:


1.胡椒鹽(雜訊):
@此類雜訊,通常是以黑色或白色的點,隨機出現在擷取的影像內。
@這種雜訊通常具有較高的頻率,與周遭像素顯得格格不入,因此容易分辨。


2.平滑化(LowPass Filiter)
@也稱做均值濾波器,是一種線性濾波器,可用來平滑影像和柔化影像。
@方法是,將每一個像素的所有近鄰的灰階值加總起來,然再以平均值取代該像素之灰階值,如下圖將矩陣3*3周圍的色彩值加總除以9。
@效果:將灰階變化較大之像素的像素值縮小。
=>變得模糊!

3.銳化(HighPass Filiter)

@銳化濾波器主要是用來強化影像的高頻部份, 或者是用來強化物體的邊界線•,因此會增強影像中的微細部分,或恢復己經模糊的細節。

@就是將影像灰階變化大的部分提高其響應,灰階變化平滑的部分降低其響應, 此種濾波器會將影像邊緣位置強化出來。


4.中值濾波器(Medium Filiter)

@目的:在不改變影像像素值結構的情形下,將影像做平滑處理。

@效果: 中值濾波器可以將由強的突鋒訊號分量組成之高頻雜訊去除,而仍然能夠
保持邊緣的銳度。

@方法是,將遮罩內之像素值進行排序,找出中間值,然後將遮罩內中間像素之灰階值以該中間值取代。

此範例的原圖
Medium Filiter!

心得:
這次的作業沒有之前的作業那麼複雜,上網查了一下理論資料,並跟同學討論,就大概知道怎麼做了,只是做出來都是灰色的,沒辦法彩色,沒關係這之後再用吧!只要出來的效果是那濾波器該有的就好了,最近幾次作業,讓我覺得影像的世界真的是好寬廣,一張圖片能做出那麼多種變化,甚至還可以讀取出色彩值和做出統計圖,不管作業簡單還是複雜,都是值得學習的!


98360915 資工四甲 周立祥

  本次作業主要在於實作平滑化(Averaging)、銳化(Laplacian)、中值濾波器(Median)等三種濾波器,以下原圖引用於Facebook俞老行軍團粉絲頁,作者:俞蘇。


平滑化(Averaging)
顧名思義是將圖片柔化,而柔化後的圖片將不再如此銳利,會讓人感覺圖片上蒙上一層面紗般的朦朧感,調整好適當數值,搭配亮度以及色溫調整即可達到美肌效果。本次只展現平滑化,使用之window size為3x3,而在3x3的mask中,中央的pixel則是希望被替換之pixel。以下共使用兩種mask:

第一種:
圖一

  依照圖一所示,周遭八個加上自己本身共九個pixel,給予每個pixel相對應的權重(在此皆為1),再將所有pixel乘上對應之權重並加總除以權重加總,例圖一則為sum / 9,而平均後的數值便為欲取代中央的數值。下圖是以圖一作為mask之平滑化:


第二種:
圖二

  依照圖二所示,一樣給予對應之pixel權重,在此加總後是除以16,而此mask相對於圖一之mask所計算出之圖片較為清晰,原因在於中央(也就是自己本身)之pixel權重大於周遭其他pixel之權重。下圖是以圖二作為mask之平滑化:


  由於圖片過小看不出差異性,可將圖片下載後再行比對,放大後可看出經由圖一運算後的圖片較為模糊,而經由圖二運算後的圖片較為清晰些。

註:
  看數字(62)的部分較為明顯。

銳化(Laplacian)
  顧名思義是將圖片變得更清晰,而銳化後的圖片將不再感覺到原先那樣的模糊,銳化最明顯的部份在於顏色反差極大的部份,例如一個物體的邊線,若調整好適當數值,銳化後的圖片會讓人感覺較為清晰,但假設數值過大,將會造成圖片太過死硬。本次展現之銳化同樣是使用3x3的window size。以下共使用兩種mask:

第一種:
圖三

  依照圖三所示給予每個pixel相對應的權重,再將所有pixel乘上對應之權重並加總後的數值便為欲取代中央的數值。下圖是以圖三作為mask之銳化:


第二種:
圖四

  依照圖四所示,一樣給予對應之pixel權重,之後加總後便為欲取代中央的數值,但此mask相對於圖三之mask所計算出的圖片銳化度較小,原因在於考慮的pixel數變少,在此為四個角之pixel皆不納入考量。下圖是以圖四作為mask之銳化:


  在此一樣由於圖片過小看不太出差異性,可將圖片下載後再行比對,放大後可看出經由圖三運算後的圖片銳化較明顯,而經由圖四運算後的圖片銳化較不明顯些。

中值濾波器(Median)
  此filter如同前面兩種一樣,是利用某一大小之window size作為mask,中央之數值一樣為希望被替換之數值,然而這次的作法是將周遭與自己本身排序後取出中位數作為替換之數值,這樣的filter可以用來過濾一些雜訊,但經由此filter過濾後的圖片依然會失去原先的清晰度(意即較為模糊)。下圖是原圖加入雜訊後:


  加入這樣黑白小點之雜訊後,經由此filter可將雜訊點替換成周遭其他pixel之color,原因在於黑點(0)、白點(255)的關係,排序後黑點及白點會被置放於最左及最右,因此取出中位數後即可稍微將影像還原些,其理論在於周遭之pixel幾乎與自己本身相近所得出。下圖是經由過濾後之圖片:


感想:
  由於同樣是使用C#實作,而C#在讀取圖片記憶體的方式較為不便,他只可取得圖片第一個byte的地址,其後要靠自己加入相對的數值做指標的移動,而換行依然要注意經由Memory Alignment後多出的padding byte,因此稍微計算錯誤則會導致整個圖片變得非常詭異,另外,本次處理有對圖片邊框做處理,圖片四角則是2x2之mask,邊的部份為2x3之mask。

99360453 陳胤霖


Homework 2: 空間濾波器實作

99360453 陳胤霖 資工三乙

平滑化、銳化、中值濾波器是空間濾波器的實作,平滑化是平均濾波器也稱為低通濾波器,相反則是高通濾波器也就是銳化;而中值濾波器的功能與低通濾波器相當,目的都是使圖片中的雜訊消除,但呈現效果不同以及優點與缺點,並推廣濾波器的應用。

 
平滑化與中值濾波器

一開始必須先產生「胡椒鹽式雜訊 (Salt and Pepper noise)」在圖片上,使用紅色圖片與花蓮六十石山金針花季風景圖片。

產生胡椒鹽式雜訊

 

 平滑化(低通濾波器)


低通濾波器 風景圖片比較圖


中值濾波器



中值濾波器風景圖片比較圖






兩項結果得知,中值濾波器去除雜訊效果較好,平滑化的方式利用中間像素周圍八個點的像素值與中間像素值的總和除於9得到平均數再代入中間像素值,所以使用上也會把其他像素值給模糊掉,另外風景圖的藍天部分還是有許多黑點,整個圖片已經失焦;而中值濾波器也是取得中間像素值以及周圍八個點的像素值,但是經由排序選出第50個百分位,也就是取得第五大的數值帶入中間像素值,可有效去除不同像素值的雜訊,不過風景圖的部份雖可有效去除胡椒鹽,甚至風景本身會有種油畫效果的出現。



中值濾波器使用到排序,此次複習以前教過的排序演算法,利用泡沫排序法(Bubble Sort),時間複雜度高達(n^2),也用快序排序法,時間複雜度(n log n)雖然最差情況也有可能為(n^2),不過理論與實作結合並且利用到影像處理實務上,可是不同的經驗。


銳化(高通濾波器)



相片對焦在熊身上,後面的發票與小郵筒的字原本是模糊,利用銳化效果發現熊的邊緣更加清楚,後方發票的字也變得非常銳利清楚;銳化使用中間像素值與其他周圍八個像素值利用拉普拉斯導數,也就是說中間像素值乘8,其他乘-1,相加後得到的一數值可以除以一個數當做銳化的程度,最後判斷這個數值,如果大於255代入255至中間像素值,如果小於0則中間像素值為0,藉此能夠凸顯邊緣




此張照片為花蓮七星潭海岸,照片經過程度5的銳化後發現,因為海浪線條複雜,海浪變的非常不自然雜訊變的許多,故銳化必須看相片本身的主題而做取捨。
 
 
 過度銳化會使得照片產生嚴重雜訊。
 
原本寫出來的銳化功能程式碼的效果有出現破圖的情況發生,並且設定變數,可能是銳化程度太高導致圖像破圖,經由調整銳化效果程度成功呈現。


推廣



先使用中值濾波器的效果與再使用高通濾波器,兩種濾波器結合在一起的效果,可以有效去除主題與非主題的雜訊,使照片主題更為明顯,圖片使用花蓮火車站的站牌。



 


左邊圖片的花蓮與白色背景都有雜訊存在,利用中值濾波器使雜訊在主題上以及背景消除,再利用高通濾波器做銳化,使得影像品質提升。







後記
影像處理程式讓原本枯燥乏味的程式設計更添了趣味,使用平常拍照的照片,不同以往使用修圖軟體,自己設計程式介面,設計演算法,與以前課堂知識融會貫通,程式本身的觀念經由老師上課提點,推導程式碼,思考碰撞出來的經驗就是自己的。


99360045 林明緯

這次作業要做得室空間濾波,分為三種型式實做,平滑化、銳化和中值濾波器,以下介紹

平滑化:

平滑化簡單的說就是把一張圖像變得有一點模糊,目的是為了使圖片不要看起來很生硬的感覺,像把相同解析度和大小的圖片,一張有做平滑化和一張沒有放在一起做比較如果,由於圖形由一個個矩陣組成,所以放大來看沒平滑化的會有邊緣較參差不齊的感覺,而平滑化過的圖就像是連成一體的感覺。
 
原始圖
 
做平滑化過後
 
平滑化做法:
 
將圖片每個像素的周邊範圍(3X3)的色彩值取出後,加起來除以9,再放回原來的像素。
 
  


銳化:
 
銳化簡單的說就是把一張圖像變得清晰一點,說到這裡會發現其實就是平滑的相反,目的是將圖片的線條變得更清晰清楚,一樣有銳化和沒銳化的圖擺在一起做比較會發現,有銳化的邊緣會較清楚,但是太模糊的圖片就可能無法得到好的效果了,且相對得圖片會變生硬。
 
原始圖
 
經銳化過後
 

銳化做法:
 
將圖片每個像素先乘以5後在檢調四周(3X3中的上下左右)的色彩值,再放回原來的像素。
 
 
中值濾波器:
 


中值濾波的作用在消去雜訊, 於是我們先將圖片使用胡椒鹽雜訊處理,再做中值濾波就可以了解其效果,出來的結果雖然無法完全去除,但是已經有相當好的效果。
 
原始圖
 
加入胡椒鹽雜訊
 
中值濾波後
 
中值濾波做法:

將圖片每個像素的周邊範圍(3X3)的色彩值取出後,比較出其中位數,再放回原來的像素。
 

 心得:
 
  本次作業透過老師上課和上網查資料了解每個空間濾波實作的方法後,程式寫起來相當容易,其實實作並不困難,但是想到方法確實需要去理解和學習的,其實我是先將程式完成後放圖做實驗搭配網路上人家實作出的圖比較後了解其原理的,所以心得實作上我也想用圖片去表達希望會比文字更好理解,而且在各種實作上要用該類型適合的圖片表達其效果起來才會比較明顯,像平滑化必須使用較線條清晰的圖片做出來的效果最好,而銳化則是相反選擇模糊的圖來做實驗最明顯,很高興這次作業讓我對影像處理的原理又近一步了解,且程式實作上又更加熟悉!受益良多!