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雙邊濾波器的原理及實作

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雙邊濾波器是什麼?

雙邊濾波器中,輸出像素的值依賴于鄰域像素的值的權重組合,

雙邊濾波器的原理及實作

權重系數w(i,j,k,l)取決于定義域核

雙邊濾波器的原理及實作

和值域核

雙邊濾波器的原理及實作

的乘積

雙邊濾波器的原理及實作

同時考慮了空間域與值域的差别,而Gaussian Filter和α均值濾波分别隻考慮了空間域和值域差别。

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雙邊濾波器的實作(MATLAB):function B = bfilter2(A,w,sigma)

CopyRight:

% Douglas R. Lanman, Brown University, September 2006.

% [email protected], http://mesh.brown.edu/dlanman

具體請見function B = bfltGray(A,w,sigma_d,sigma_r)函數說明。

%簡單地說:  

%A為給定圖像,歸一化到[0,1]的矩陣  

%W為雙邊濾波器(核)的邊長/2  

%定義域方差σd記為SIGMA(1),值域方差σr記為SIGMA(2)  

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%  

% Pre-process input and select appropriate filter.  

function B = bfilter2(A,w,sigma)  

% Verify that the input image exists and is valid.  

if ~exist('A','var') || isempty(A)  

   error('Input image A is undefined or invalid.');  

end  

if ~isfloat(A) || ~sum([1,3] == size(A,3)) || ...  

      min(A(:)) < 0 || max(A(:)) > 1  

   error(['Input image A must be a double precision ',...  

          'matrix of size NxMx1 or NxMx3 on the closed ',...  

          'interval [0,1].']);        

% Verify bilateral filter window size.  

if ~exist('w','var') || isempty(w) || ...  

      numel(w) ~= 1 || w < 1  

   w = 5;  

w = ceil(w);  

% Verify bilateral filter standard deviations.  

if ~exist('sigma','var') || isempty(sigma) || ...  

      numel(sigma) ~= 2 || sigma(1) <= 0 || sigma(2) <= 0  

   sigma = [3 0.1];  

% Apply either grayscale or color bilateral filtering.  

if size(A,3) == 1  

   B = bfltGray(A,w,sigma(1),sigma(2));  

else  

   B = bfltColor(A,w,sigma(1),sigma(2));  

% Implements bilateral filtering for grayscale images.  

function B = bfltGray(A,w,sigma_d,sigma_r)  

% Pre-compute Gaussian distance weights.  

[X,Y] = meshgrid(-w:w,-w:w);  

%建立核距離矩陣,e.g.  

%  [x,y]=meshgrid(-1:1,-1:1)  

%   

% x =  

%     -1     0     1  

% y =  

%     -1    -1    -1  

%      0     0     0  

%      1     1     1  

%計算定義域核  

G = exp(-(X.^2+Y.^2)/(2*sigma_d^2));  

% Create waitbar.  

h = waitbar(0,'Applying bilateral filter...');  

set(h,'Name','Bilateral Filter Progress');  

% Apply bilateral filter.  

%計算值域核H 并與定義域核G 乘積得到雙邊權重函數F  

dim = size(A);  

B = zeros(dim);  

for i = 1:dim(1)  

   for j = 1:dim(2)  

         % Extract local region.  

         iMin = max(i-w,1);  

         iMax = min(i+w,dim(1));  

         jMin = max(j-w,1);  

         jMax = min(j+w,dim(2));  

         %定義目前核所作用的區域為(iMin:iMax,jMin:jMax)  

         I = A(iMin:iMax,jMin:jMax);%提取該區域的源圖像值賦給I  

         % Compute Gaussian intensity weights.  

         H = exp(-(I-A(i,j)).^2/(2*sigma_r^2));  

         % Calculate bilateral filter response.  

         F = H.*G((iMin:iMax)-i+w+1,(jMin:jMax)-j+w+1);  

         B(i,j) = sum(F(:).*I(:))/sum(F(:));  

   end  

   waitbar(i/dim(1));  

% Close waitbar.  

close(h);  

% Implements bilateral filter for color images.  

function B = bfltColor(A,w,sigma_d,sigma_r)  

% Convert input sRGB image to CIELab color space.  

if exist('applycform','file')  

   A = applycform(A,makecform('srgb2lab'));  

   A = colorspace('Lab<-RGB',A);  

% Pre-compute Gaussian domain weights.  

% Rescale range variance (using maximum luminance).  

sigma_r = 100*sigma_r;  

         I = A(iMin:iMax,jMin:jMax,:);  

         % Compute Gaussian range weights.  

         dL = I(:,:,1)-A(i,j,1);  

         da = I(:,:,2)-A(i,j,2);  

         db = I(:,:,3)-A(i,j,3);  

         H = exp(-(dL.^2+da.^2+db.^2)/(2*sigma_r^2));  

         norm_F = sum(F(:));  

         B(i,j,1) = sum(sum(F.*I(:,:,1)))/norm_F;  

         B(i,j,2) = sum(sum(F.*I(:,:,2)))/norm_F;  

         B(i,j,3) = sum(sum(F.*I(:,:,3)))/norm_F;  

% Convert filtered image back to sRGB color space.  

   B = applycform(B,makecform('lab2srgb'));  

else    

   B = colorspace('RGB<-Lab',B);  

調用方法:

I=imread('einstein.jpg');  

I=double(I)/255;  

w     = 5;       % bilateral filter half-width  

sigma = [3 0.1]; % bilateral filter standard deviations  

I1=bfilter2(I,w,sigma);  

subplot(1,2,1);  

imshow(I);  

subplot(1,2,2);  

imshow(I1)  

實驗結果:

雙邊濾波器的原理及實作

參考資料:

1.《Computer Vision Algorithms and Applications》

5. http://mesh.brown.edu/dlanman

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