邊緣保持最優(yōu)化濾波方法

1、邊緣保持最優(yōu)化濾波方法吳文瑾摘黃敬賀要：在圖像處理中，去除噪聲的同時(shí)常常會(huì)給邊緣與細(xì)節(jié)帶來(lái)不可恢復(fù)的損失。為了解決這一問題，講解一種可以在去噪的同時(shí)，保留邊緣細(xì)節(jié)的邊緣保持最優(yōu)化濾波方法。首先對(duì)該算法原理與實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了闡述，之后通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該濾波方法的效果加以分析，最后對(duì)該算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：濾波；平滑；邊緣保持；EPOS1引言在攝影時(shí)，由于分辨率不足、感光度設(shè)置偏高等原因，經(jīng)常會(huì)遇到一些布滿椒鹽噪聲或斑點(diǎn)噪聲的照片，這些細(xì)小的噪聲嚴(yán)重影響了照片效果。在這種情況下，通?？梢允褂镁禐V波等濾波方法對(duì)照片進(jìn)行平滑處理。平滑后，一般可以達(dá)到去除噪聲的效果。但是一些邊緣也隨之變得模糊，導(dǎo)致

2、照片丟失很多細(xì)節(jié)。有沒有一種方法可以達(dá)到既去除噪聲的目的，又不破壞邊緣和細(xì)節(jié)呢？答案是肯定的。邊緣保持最優(yōu)化（EPOS）濾波算法就是這樣一種在去除噪聲的同時(shí)可以最佳保持邊緣和細(xì)節(jié)的濾波方法，下面將對(duì)這種方法的原理和實(shí)現(xiàn)加以詳細(xì)介紹。2EPOS濾波原理2.1算法綜述EPOS濾波是一種可以智能調(diào)整濾波窗口大小和形狀的平滑算法。它通過(guò)首先使用噪聲方差的大小對(duì)均勻區(qū)域和含有邊緣或孤立點(diǎn)的區(qū)域加以判斷區(qū)分，然后僅對(duì)每個(gè)像素鄰域中的均勻部分進(jìn)行均值處理，來(lái)達(dá)到在濾波的同時(shí)保證邊緣不變模糊的目的。在確定濾波窗口的大小和形狀時(shí)，該算法將窗口的鄰域分為8個(gè)不相重合的部分（如圖1），通過(guò)逐步剔除與中心像素不相同的

3、鄰域，應(yīng)用最后剩余區(qū)域中的像素灰度統(tǒng)計(jì)量估算中心像元最終的灰度值。2.2算法流程與分析EPOS執(zhí)行濾波的流程如圖2。通過(guò)分析其計(jì)算過(guò)程可知，EPOS濾波的執(zhí)行流程可以分為如下幾個(gè)部分：判斷是否符合均值濾波條件，窗口區(qū)域分塊并計(jì)算各塊方差，選出方差最大的一個(gè)并進(jìn)行分塊剔除，重新計(jì)算剩下分塊方差。若仍不符合條件，進(jìn)行窗口縮小，并重復(fù)上述過(guò)程，直至符合條件或窗口縮小為33的為止。由于每個(gè)窗口都是三角形，需要分別計(jì)算，給程序編碼帶來(lái)一些麻煩。綜合分析，可以設(shè)置3個(gè)循環(huán)，分別為窗口移動(dòng)循環(huán)、窗口縮小循環(huán)和區(qū)域刪減循環(huán)，進(jìn)行EPOS濾波計(jì)算。662009.23圖1EPOS算法將濾波窗口劃分成的8個(gè)不相重合

4、的部分圖2EPOS執(zhí)行濾波的流程圖3程序?qū)崿F(xiàn)/灰度值計(jì)算min=65535;floatd0=0.5227,dmax=0.0;for(i=0;iheight;i+)/窗口移動(dòng)，i,j為窗口中心for(j=0;j=m0)&(j=n0)&(iheight-m0)&(j1;m-)/窗口縮小循環(huán)n=m;floatu=uu(AA,i,j,m,n,width);/窗口均值intd1=0;for(k=i-m;k=i+m;k+)for(l=j-n;l=j+n;l+)d1+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d1=d1/(2*m+1)/(2*n+1);/窗口方差if(d1d0*u*u

5、)PPi*width+j=int(u+0.5);break;/判斷是否符合整個(gè)區(qū)域均值濾波條件floatu08=0,d8=0,d118=0;/累加數(shù)組置零/計(jì)算各區(qū)域在未刪減之前的均值和方差for(k=i-m;ki;k+)for(l=j+k-i;lj;l+)u00+=AAk*width+l;u00=u00/(2*m+1)/(2*n+1)*8;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j+k-i;lj;l+)d110+=(AAk*width+l-u00)*(AAk*width+l-u00);d110=d110/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/for(k=i-m;ki;k+)for(l=j

6、-k+i;lj;l+)u01+=AAk*width+l;u01=u01/(2*m+1)/(2*n+1)*8;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-k+i;lj;l+)d111+=(AAk*width+l-u01)*(AAk*width+l-u01);d111=d111/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-k+i;lj+m;l+)u02+=AAk*width+l;u02=u02/(2*m+1)/(2*n+1)*8;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-k+i;lj+m;l+)d112+=(AAk*width+l-u02)*(A

7、Ak*width+l-u02);d112=d112/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/for(k=i;ki+m;k+)for(l=j+k-i;lj+m;l+)u03+=AAk*width+l;u03=u03/(2*m+1)/(2*n+1)*8;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j+k-i;lj+m;l+)d113+=(AAk*width+l-u03)*(AAk*width+l-u03);d113=d113/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/for(k=i;ki+m;k+)for(l=j;lj+k-i;l+)u04+=AAk*width+l;u04=u04/(2*m+1)/(2

8、*n+1)*8;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j;lj+k-i;l+)d114+=(AAk*width+l-u04)*(AAk*width+l-u04);d114=d114/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/for(k=i;ki+m;k+)for(l=j-k+i;lj+m;l+)u05+=AAk*width+l;u05=u05/(2*m+1)/(2*n+1)*8;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j-k+i;lj+m;l+)d115+=(AAk*width+l-u05)*(AAk*width+l-u05);d115=d115/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/f

9、or(k=i;ki+m;k+)for(l=j-m;lj-k+i;l+)u06+=AAk*width+l;u06=u06/(2*m+1)/(2*n+1)*8;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j-m;lj-k+i;l+)d116+=(AAk*width+l-u06)*(AAk*width+l-u06);d116=d116/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-m;lj+k+i;l+)u07+=AAk*width+l;u07=u07/(2*m+1)/(2*n+1)*8;2009.2367for(l=j-m;lj+k+i;l+)d117+=(

10、AAk*width+l-u07)*(AAk*width+l-u07);d117=d117/(2*m+1)/(2*n+1)*8;while(z7)/執(zhí)行區(qū)域刪減循環(huán)/計(jì)算方差最大最小的區(qū)域for(i1=0;i18;i1+)for(j1=0;j1dmax)&(i1!=Ij1)dmax=d11i1,Imax=i1;if(d11i1min)min=d11i1;if(min=d0*u*u)break;/符合縮小窗口條件，退出區(qū)域刪減循環(huán)，進(jìn)入縮小窗口循環(huán)/計(jì)算刪減后總的保留區(qū)域的均值Iz+=Imax;u=0;intcount=0;for(i1=0;i1z;i1+)for(j1=0;j18;j1+)if(

11、j1!=Ii1)u+=u0i1;count+;u=u/count;/計(jì)算區(qū)域刪減后總的保留區(qū)域的方差d0=0;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j+k-i;lj;l+)d0+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d0=d0/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d1=0;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-k+i;lj;l+)d1+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d1=d1/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d2=0;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-k+i;lj+m;l+)d2+=(AAk*

12、width+l-u)*(AAk*width+l-u);d2=d2/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d3=0;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j+k-i;lj+m;l+)d3+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);682009.23d3=d3/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d4=0;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j;lj+k-i;l+)d4+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d4=d4/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d5=0;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j-k+i;lj;l

13、+)d5+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d5=d5/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d6=0;for(k=i;ki+m;k+)for(l=j-m;lj-k+i;l+)d6+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d6=d6/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d7=0;for(k=i-m;ki;k+)for(l=j-m;lj+k-i;l+)d7+=(AAk*width+l-u)*(AAk*width+l-u);d7=d7/(2*m+1)/(2*n+1)*8;/d1=0;for(i1=0;i1z;i1+)for(j1=0;j1

14、8;j1+)if(j1!=Ii1)d1+=di1;d1=d1/count;/將達(dá)到要求的保留區(qū)域均值作為該像素的灰度值if(d1d0)PPi*width+j=int(u+0.5);break;/while區(qū)域刪減循環(huán)if(d1d0)break;/同時(shí)退出縮小窗口循環(huán)/縮小窗口循環(huán)/if/窗口移動(dòng)4濾波實(shí)驗(yàn)與效果分析對(duì)一幅實(shí)驗(yàn)圖像（如圖3）使用99窗口進(jìn)行了EPOS濾波處理，結(jié)果圖如圖4所示，并采用同樣大小的窗口做均值平滑濾波（如圖5）進(jìn)行效果比對(duì)。從濾波后的結(jié)果可以看出，均值濾波對(duì)原圖整體進(jìn)行了平滑，平滑后噪聲消除效果很好，但邊緣丟失情況嚴(yán)重，一些較小的孤立點(diǎn)在平滑處理后消失掉了。而在EPOS

15、濾波結(jié)果中，圖像的大部分區(qū)域進(jìn)行了平滑處理，邊緣卻被很好地保持了下來(lái)，孤立點(diǎn)在平滑后沒有消失的現(xiàn)象，但部分較大的噪聲在處理后非但沒有被消除，反而得到了放大。圖3原始實(shí)驗(yàn)圖像圖4EPOS濾波（99窗口）結(jié)果圖5均值濾波（99）窗口結(jié)果通過(guò)對(duì)EPOS濾波算法的原理進(jìn)行分析，可以知道，造成這種效果的原因是：EPOS濾波通過(guò)將平滑窗口分成8個(gè)區(qū)域，逐個(gè)剔除選擇參與平滑的像元來(lái)進(jìn)行邊緣保持，8個(gè)區(qū)域的劃分幾乎可以包含了所有邊緣方向，若邊緣方向與8個(gè)區(qū)域中任一區(qū)域都無(wú)法匹配，該算法還設(shè)置通過(guò)縮小窗口來(lái)減小這種方向偏差為平滑帶來(lái)的影響，因此具有邊緣保持最優(yōu)化的效果；與此同時(shí)，該算法設(shè)置當(dāng)窗口縮小為33時(shí)，像

16、元中心像素不進(jìn)行平滑處理而是保持原來(lái)灰度，已達(dá)到保持孤立點(diǎn)的作用，同理，很細(xì)很尖銳的邊緣也會(huì)被很好地保持下來(lái)，但這一原理也保存了一些噪聲點(diǎn)，導(dǎo)致部分噪聲被銳化。5結(jié)語(yǔ)EPOS濾波在去噪時(shí)具有很好的邊緣和細(xì)節(jié)保持效果，是較為理想的椒鹽或斑點(diǎn)噪聲去除方法。但在應(yīng)用這一濾波方法時(shí)，一些較大的噪聲會(huì)被當(dāng)做孤立點(diǎn)反而得到放大。因此，這一方法主要適用于均勻細(xì)小的椒鹽噪聲和斑點(diǎn)噪聲的去除，對(duì)于較大的噪聲，將達(dá)不到理想的效果。(收稿日期：2009-10-12)!飛天誠(chéng)信開通農(nóng)行新K寶網(wǎng)銀安全綠色通道日前，飛天誠(chéng)信科技有限公司在總結(jié)了自身服務(wù)于五十余家金融機(jī)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，憑借十余年在智能身份認(rèn)證領(lǐng)域的技術(shù)積累，傾力推出了中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行新K寶技術(shù)支持中心，此平臺(tái)將致力于為廣大飛天新K寶的用戶提供全新的服務(wù)體驗(yàn)和完善的技術(shù)支持。據(jù)了解，飛天誠(chéng)信公司是中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行網(wǎng)上銀行推出的新K寶的供應(yīng)商之一。其為農(nóng)業(yè)銀行提供的五彩K寶被譽(yù)為新穎時(shí)尚的、功能更強(qiáng)的USBKey產(chǎn)品。此次推出的新K寶技術(shù)支持中心本著以客戶為中心的原則，在內(nèi)容上包含了飛天誠(chéng)信中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行新K寶在程序安裝、證書下載、用戶應(yīng)用以及工具使用方面的問題。此外為了更方便客戶的