10448

Использование фильтров и медианной фильтрации для подавления шумов различных видов

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Использование фильтров и медианной фильтрации для подавления шумов различных видов. Подавление шумов – одна из наиболее часто встречающихся задач в обработке изображений. Как правило шум является дельта-коррелированным. Исключением может являться лишь шум связанный ...

Русский

2013-03-26

46 KB

32 чел.

Использование фильтров и медианной фильтрации для подавления шумов различных видов.

Подавление шумов – одна из наиболее часто встречающихся задач в обработке изображений. Как правило, шум является дельта-коррелированным. Исключением может являться лишь шум, связанный с макронеоднородностью чувствительность фотоприемника, различными дефектами и подобными явлениями. В силу дельта-коррелированности шума в его спектре содержится гораздо больше высоких пространственных частот, по сравнению с незашумленным изображением. Поэтому любой фильтр высоких частот будет с той или иной степенью эффективности подавлять шум. Понятно, что этот фильтр не должен быть слишком "сильным", чтобы его влияние на полезный сигнал было минимальным. Чаще всего при подавлении шумов с использованием фильтров используется свертка исходного изображения со следующими матрицами:

,

,

.

Из этих матриц наиболее эффективно подавляет шумы матрица Н1, но она же и вносит в изображение наибольшие искажения. Матрица Н3 вносит наименьшие искажения, но и с шумами она борется хуже, чем остальные матрицы. Матрица Н2 является промежуточной между ними.

Рассматривая борьбу с шумами необходимо учесть, что нередко в изображениях присутствует шум вида "соль и перец". Это означает, что в изображении присутствуют пикселы, сигнал в которых резко больше или резко меньше относительно незашумленного изображения. Появление таких шумов связано с точечными дефектами ПЗС, сбоями, радиационными повреждениями. Уже визуальный анализ таких изображений подсказывает, что можно предложить более эффективный алгоритм с такими шумами, чем частотная фильтрация. Чаще всего в таких случаях применяется медианная фильтрация.

Сначала рассмотрим одномерный случай. Медианный фильтр представляет собой скользящее окно, содержащее нечетное количество элементов. Медианой последовательность из 2N+1 элементов называется элемент, значение которого меньше значений N элементов в последовательность и больше N элементов в последовательности. По смыслу медиана близка к среднему значению, однако в ряде случаев выгоднее использовать именно медиану. Рассмотрим это на примерах, в которых сравнивается медианный фильтр и одномерный усредняющий фильтр, который является одномерным аналогом фильтра H1.

Входной сигнал

Сигнал на выходе усредняющего фильтра

Сигнал на выходе медианного фильтра

1 1 1 1 3 3 3 3

1 1 1,33 1,66 3 3

1 1 1 1 3 3 3 3

1 1 2 3 4 5 6 6

1 1,33 2 3 4 5 5,66 6

1 1 2 3 4 5 6 6

1 1 1 2 2 1 1 1

1 1 1,33 1,66 1,66 1,33 1 1

1 1 1 2 2 1 1 1

1 1 1 2 1 1 1 1

1 1 1,33 1,33 1,33 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Как видим, в 3 примерах из 4 медианный фильтр обеспечивает лучшие результаты по сравнению с усредняющим фильтром.

В двумерном случае окно превращается в прямоугольное окно размером 3 на 3, 5 на 5, 7 на 7 и т. д. элементов. В более сложных случаях иногда оказывается целесообразно использовать крестообразное окно, содержащее 9, 13, 17 … элементов.

0 0 1 0 0

0 0 1 0 0

1 1 1 1 1

0 0 1 0 0

0 0 1 0 0

Рассмотрим пример.

Исходное изображение

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Изображение после медианного фильтра с окном размером 3 на 3 элемента

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 3 3 1 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 1 3 3 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Изображение после медианного фильтра с крестообразным окном.

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 3 3 3 3 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

Список полезных функций MATLAB.

imread – чтение изображения из графического фвойла

rand – возвращает случайную величину из диапазона от 0 до 1 с равномерным распределением

randn – возвращает случайную величину из диапазона от -∞ до ∞ с нулевым математическим ожиданием и гауссовским распределением с дисперсией 1.

conv2 – двумерная свертка,

image, imagesc, imshow – вывод изображения на экран,

double – преобразование числе к типу double


Задание для лабораторной работы.

  1.  Получить у преподавателя файл с изображением, дисперсию для гауссовского шума, вероятность сбоя для шума "соль и перец"
  2.  Внести в файл следующие шумы (по отдельности):
    1.  гауссовский,
    2.  соль и перец.
  3.  Применить к каждому зашумленному изображению фильтры H1, H2, H3, медианный с окном 3х3, медианный с окном 5х5, медианный с крестообразным окном 5х5.
  4.  Сделать выводы об эффективности каждого фильтра для подавления тог или иного вида шумов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29793. Классификация телефонных аппаратов и их схем. Мостовая противоместная схема 229 KB
  Тактикотехнические характеристики Аппаратура Азур–1 является двухпроводной двухполосной системой передачи с ЧРК обеспечивающей получение одного канала ТЧ в диапазоне частот 43 – 117 кГц. В режиме А в линию передается нижняя полоса частот линейного спектра 43 – 74 кГц а принимается верхняя полоса частот линейного спектра 86 – 117 кГц. В режиме Б в линию передается верхняя полоса частот линейного спектра а принимается нижняя. Наименование характеристики Значение Диапазон передаваемых частот кГц 412 Уровень передачи канала на выходе...
29794. Классификация полевых телефонных аппаратов. Назначение и ТТХ телефонного аппарата ТА-57. Варианты включения ТА-57 в линию 122 KB
  Общая структурная схема оконечной аппаратуры Тракт передачи На входе тракта передачи установлен электронный ключ Кл1 обеспечивающий подключение к тракту тока частоты 21 кГц при получении соответствующего сигнала. Он при помощи тока несущей частоты 136 кГц осуществляет перенос спектра тональной частоты 03 34 кГц в спектр 1363 1394 кГц. выделяющий полосу частот 1363 1394 кГц. В зависимости от режима работы станции А или Б с помощью токов несущих частот 132 кГц или 148 кГц соответственно осуществляется формирование линейного...
29795. Цепи посылки и приема вызова в режимах МБ и ЦБ в ТА-57 по принципиальной схеме. 886.5 KB
  Цепи посылки и приема вызова в режимах МБ и ЦБ в ТА57 по принципиальной схеме. Прием вызова Прием вызова производится на звонок НА который как при работе в системе МБ так и при работе в системе ЦБ постоянно включен в линию по следующей цепи: Рис. Цепь посылки вызова на РТС ЦБ. Источник индукторного вызова провод линии клемма Л1 вывод индуктора GJ в шунтирующий контакт индуктора GJ ШК21 вывод индуктора GJ обмотка звонка НА конденсатор С11 клемма Л2 провод линии в источник индукторного вызова.
29796. Цепи передачи и приема разговора в ТА-57 по принципиальной схеме 47.5 KB
  Назначение и состав полевой кабельной линии ПКЛ296 303. В первом случае сигналы разговорных частот поступают с линии на телефон BF аппарата по следующей цепи: Источник электрического сигнала провод а линии клемма Л1 вывод индуктора GJ в шунтирующий контакт индуктора GJ ШК21 вывод индуктора GJ контакты 21 переключателя S2 конденсатор С10 контакты 89 переключателя S4 обмотка П1 трансформатора Т2 телефон BF клемма Л2 провод в линии источник электрического сигнала. Провод в линии подключается в цепь базы транзистора VT3: Клемма...
29797. Цепь дистанционного управления радиостанцией в ТА-57 по структурной схеме 230.5 KB
  При нажатии разговорного клапана S1 его контактами 34 создается цепь срабатывания реле К радиостанции: Плюс батареи GB радиостанции обмотка реле К провод а линии клемма Л1 вывод индуктора GJ а контакты 21 переключателя S2 обмотка дросселя L2 контакты 12 переключателя S3 контакты 34 переключателя S1 клемма Л2 провод в линии минус батареи GB радиостанции. В зависимости от назначения канал ТЧ может быть установлен в один из следующих режимов: двухпроводный оконечный с уровнями 0 дБ О Нп на входе и минус 70 дБ минус...
29798. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений (СПДС) 1.14 MB
  Структурная схема системы передачи дискретных сообщений СПДС. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений. Системой передачи дискретных сообщений СПДС называют совокупность оконечной аппаратуры передачи дискретных сообщений и каналов связи предназначенной для передачи сообщений от отправителя сообщений к получателю сообщений с заданной достоверностью надежностью и временем доставки. Рассмотрим основные особенности процесса передачи сообщений при телеграфной связи и передаче Данных а также их преобразования.
29799. Назначение и ТТХ телеграфного аппарата СТА-2М. Принцип работы СТА-2М. Состав и назначение элементов СТА-2М по принципиальной схеме 106 KB
  Назначение и ТТХ телеграфного аппарата СТА2М. Дальность действия аппарата определяется качеством используемых телеграфных каналов. Наращивание дальности связи допустимо до тех пор пока искажения телеграфных сигналов не превышают исправляющей способности аппарата. Эксплуатационная пропускная способность аппарата слов час: при ручной работе.
29800. Подключение СТА-2М к аппаратному щитку по принципиальной схеме 250.5 KB
  К вызывным устройствам относятся приемник индукторного вызова ПИВ генератор тонального вызова ГТВ приемник тонального вызова ПТВ и генератор индукторного вызова ГИВ. Вызывной сигнал от коммутатора пройдя схему низкочастотной коммутации поступает на приемник индукторного вызова ПИВ. Приемник индукторного вызова обеспечивает преобразование переменного тока индукторного вызова 15 50 Гц в постоянный ток необходимый для срабатывания реле Р1. Реле Р1 подключает в тракт передачи генератор тонального вызова ГТВ.
29801. Сеть телефонной связи (структурная схема). Основные определения 151 KB
  Сеть телефонной связи структурная схема. Общая характеристика и боевое применение сигнальных средств связи. Основы построения коммутационных систем Общие положения Сеть телефонной связи телефонная сеть представляет собой комплекс технических средств обеспечивающих обмен информацией между источниками информации и ее потребителями. В общем случае сеть телефонной связи содержит оконечные устройства коммутационные центры КЦ и линии каналы связи соединяющие оконечные устройства с коммутационными центрами и коммутационные центры между...