自適應(yīng)中值濾波器在圖像降噪處理中的應(yīng)用研究

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）自適應(yīng)中值濾波器在圖像降噪處理中的應(yīng)用研究姓名 學(xué)號(hào) 院、系 物理與電子信息學(xué)院 專業(yè) 用電子技術(shù)教育 指導(dǎo)教師（職稱/學(xué)歷） 自適應(yīng)中值濾波器在圖像降噪處理中的應(yīng)用研究 摘要：在圖像降噪處理過程中，為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)中值濾波器在進(jìn)行圖像降噪處理中的不足，在圖像降噪技術(shù)中應(yīng)用了自適應(yīng)中值濾波器。本文介紹了自適應(yīng)中值濾波器的原理與算法，闡述了圖像降噪處理的改進(jìn)技術(shù)與平臺(tái)，重點(diǎn)分析了自適應(yīng)中值濾波器在圖像降噪中的實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，并與傳統(tǒng)中值濾波器進(jìn)行了比較，結(jié)果表明在圖像降噪處理中的應(yīng)用，自適應(yīng)中值濾波較傳統(tǒng)中值濾波具有很大的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：中值濾波；自適應(yīng)中值濾波；圖像

2、降噪；matlab軟件1引言現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)字圖像在數(shù)字化和傳輸過程中常受到成像設(shè)備與外部環(huán)境噪聲干擾等影響。為了改善圖像質(zhì)量，從圖像中提取有效信息，必須對(duì)圖像進(jìn)行去噪預(yù)處理1。根據(jù)噪聲頻譜分布的規(guī)律和統(tǒng)計(jì)特征以及圖像的特點(diǎn)，出現(xiàn)了多種多樣的去噪方法。經(jīng)典的去噪方法有：空域合成法,頻域合成法和最優(yōu)合成法等,與之適應(yīng)的出現(xiàn)了許多應(yīng)用方法,如均值濾波器，中值濾波器,低通濾波器,維納濾波器,最小失真法等2-5。這些方法的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理的極大發(fā)展,顯著提高了圖像質(zhì)量。濾波器被廣泛地用于圖象的預(yù)處理,抑制圖象噪聲，增強(qiáng)對(duì)比度，以及強(qiáng)化圖象的邊沿特征6-7。運(yùn)用較為廣泛的線性濾波器如平均值濾波器

3、，能較好地抑制圖象中的加性噪聲。但是，線性濾波器會(huì)引起圖象的鈍化或模糊，使得圖象中物體邊界產(chǎn)生位移。特別是，在圖象受到乘性噪聲或脈沖噪聲的干擾，如超聲波及雷達(dá)成像中普遍存在的斑點(diǎn)噪聲，線性濾波器就不能取得預(yù)期的效果，中值濾波器，就像其名字一樣，是用該像素的相鄰像素的灰度中值來代替該像素的值，是一種非線性濾波器8-11。對(duì)于離散的脈沖噪聲，當(dāng)其出現(xiàn)的次數(shù)小于窗口尺寸的一半時(shí),將被抑制掉同時(shí)也能較好地保證圖象的邊沿特征，而且易于實(shí)現(xiàn)。 因此它被廣泛地應(yīng)用于圖象處理，尤其是醫(yī)學(xué)圖象處理，如超聲波圖象。但由于其使用的濾窗大小是固定不變的，當(dāng)窗中噪聲像素?cái)?shù)超過有用像素之半時(shí)（噪聲密度較大時(shí)）,中值濾波濾

4、波作用大大降低12-13。此時(shí)中值濾波效果就顯得不是令人滿意。本文介紹的自適應(yīng)中值濾波器會(huì)根據(jù)一定的設(shè)定條件改變?yōu)V窗的大小，即當(dāng)噪聲面積較大時(shí)，通過增加濾窗的大小將噪聲予以去除，同時(shí)當(dāng)判斷濾窗中心的像素不是噪聲時(shí)，不改變其當(dāng)前像素值，即不用中值代替。這樣，自適應(yīng)中值濾波器可以處理噪聲概率更大的脈沖噪聲，同時(shí)在平滑非脈沖噪聲圖像時(shí)能夠更好地保持圖像細(xì)節(jié)，這是傳統(tǒng)中值濾波器做不到的。文中首先介紹了中值濾波的原理，隨后介紹自適應(yīng)中值濾波的原理與算法，重點(diǎn)分析了實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，并給出了程序代碼，最后與傳統(tǒng)中值濾波在圖像降噪處理應(yīng)用中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了自適應(yīng)中值濾波器的有效性和實(shí)用性。2中值

5、濾波基本原理中值濾波的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替。中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算簡(jiǎn)單而且速度快，在濾除疊加白噪聲和長(zhǎng)尾疊加噪聲方面顯示了極好的性能。中值濾波器在濾除噪聲的同時(shí)能很好地保護(hù)圖像邊緣，使圖像較好地復(fù)原。中值濾波在處理數(shù)字圖像時(shí)，首先確定一個(gè)以某像素為中心點(diǎn)的鄰域，然后將該鄰域中的各個(gè)像素的灰度值進(jìn)行排序，取其中間值作為中心點(diǎn)像素灰度的新值。這里的鄰域稱為窗口，當(dāng)窗口在圖像中上下左右進(jìn)行移動(dòng)后，利用中值濾波算法就可以很好地對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理。在一維下的中值濾波算法定義為：當(dāng)n

6、為奇數(shù)時(shí)，n 個(gè)數(shù)1 ,2 , .,n 的中值就是按數(shù)值大小順序處于中間位置的數(shù)；當(dāng)n 為偶數(shù)時(shí)，定義兩個(gè)中間數(shù)的平均值為中值。用符號(hào)med (1 ,2 , .,n ) 來表示中值。例如：med (1 ,3 ,4 ,0 ,6) = 3 。在二維下的中值濾波算法定義為： 設(shè)xij 表示數(shù)字圖像各點(diǎn)的灰度值，這里(i ,j) 取遍z2 或z2 的某子集。濾波器窗口為a ，其尺寸為n = (2 k + 1)(2 k+ 1) ，yij是窗口a 在xij的中值，則:yij = med xi + r , j + s , ( r ,s) a中值濾波器是一種鄰域運(yùn)算，是把鄰域中的像素按灰度級(jí)進(jìn)行排序，然后選擇

7、該組中的中間值作為輸出像素值。具體步驟是: 將模板在圖像中漫游，并將模板中心與圖像中某個(gè)像素的位置重合；讀取模板下個(gè)對(duì)應(yīng)像素的灰度值； 將這些灰度值從小到大排成一列；找出這些值里排在中間的一個(gè)；將這個(gè)中間值賦給對(duì)應(yīng)模板中心位置的像素。中值濾波是一種非線性濾波，由于它在實(shí)際運(yùn)算過程中并不需要圖像的統(tǒng)計(jì)特性，所以比較方便。但是對(duì)一些細(xì)節(jié)多，特別是點(diǎn)、線、尖頂細(xì)節(jié)多的圖像不宜采用中值濾波的方法。3 自適應(yīng)中值濾波器的原理介紹及實(shí)現(xiàn)技術(shù) 3.1自適應(yīng)中值濾波器算法原理介紹 自適應(yīng)中值濾波器的濾波方式和傳統(tǒng)的中值濾波器一樣，都使用一個(gè)矩形區(qū)域的窗口sxy ，不同的是在濾波過程中，自適應(yīng)濾波器會(huì)根據(jù)一定的

8、設(shè)定條件改變，即增加濾窗的大小，同時(shí)當(dāng)判斷濾窗中心的像素是噪聲時(shí)，該值用中值代替，否則不改變其當(dāng)前像素值，這樣用濾波器的輸出來替代像素(x,y) 處(即目前濾窗中心的坐標(biāo)的值。做如下定義zmin是在sxy濾窗內(nèi)灰度的最小值； zmax是在sxy濾窗內(nèi)灰度的最大值；zmed是在sxy濾窗內(nèi)灰度的中值； zxy是坐標(biāo)（x,y）處的灰度值； smax指定sxy所允許的最大值。 自適應(yīng)中值濾波算法由兩個(gè)部分組成，稱為第一層(level a) 和第二層(level b) 。 主要算法如下： level a ：a1 = zmed zmin a2 = zmed - zmax 如果a1 0 并且a20 并且b2 0 且a 2 zmin)&(zmaxzmed)&.-been;zb=(gzmin)&(zmaxg);outzxy=prolevelb&zb;outzmed=prolevelb&-zb