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自适应中值滤波器


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一、实验目的:............................................................................................................................... 3

>二、实验设备与软件:................................................................................................................... 3

三、实验步骤:............................................................................................................................... 3

四、滤波器的简介:....................................................................................................................... 3

五、实验基本原理:....................................................................................................................... 3

六、试验结果分析和结论............................................................................................................... 5

七、实验总结................................................................................................................................... 6

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自适应中值滤波器的实现 自适应中值滤波器的实现
一、实验目的: 进一步了解MatLab软件/语言,掌握滤波器的基本原理,运用所掌握的图 像处理知识对图像进行滤波处理, 培养处理实际图像的能力并为课堂教学提供配套的实践机 会。为了弥补传统中值滤波器在进行图像降噪处理中的不足,在图像降噪技术中应用了自适 应中值滤波器。通过自适应中值滤波器与传统中值滤波器进行了比较,计算机仿真结果表明 在对密度较大的椒盐噪声进行滤波时,自适应中值滤波较传统中值滤波具有较大的优越性。 二、实验设备与软件: 1、IBM-PC-XT计算机系统; 2、MatLab软件/语言包括图像处理工具箱(Image Processing Toolbox); 3、实验所需要的图片; 三、实验步骤: 1、通过Matlab软件编程实现自适应中值滤波器; 2、选中图片moon,并对图片加上椒盐噪声; 3、分别使用传统滤波器和自适应中值滤波器对加了椒盐噪声后的图片进行滤波处理; 4、对比使用传统滤波器和自适应中值滤波器后的图片得出结论。 四、滤波器的简介: 滤波器被广泛地用于图象的预处理,抑制图象噪声,增强对比度,以及强化图象的边沿特 征. 运用较为广泛的线性滤波器如平均值滤波器,能较好地抑制图象中的加性噪声. 但是, 线性滤波器会引起图象的钝化或模糊,使得图象中物体边界产生位移. 特别是,在图象受到 乘性噪声或脉冲噪声的干扰,如超声波及雷达成像中普遍存在的斑点噪声,线性滤波器就不 能取得预期的效果. 中值滤波器, 就像其名字一样, 是用该像素的相邻像素的灰度中值来代 替该像素的值,是一种非线性滤波器. 例如滤波窗口由3×3 个象素组成,则其中5个象素的 灰度值会小于等于该滤波器的输出灰度值,同时5 个象素的灰度值会大于等于滤波器的输出. 由此可见,对于离散的脉冲噪声,当其出现的次数小于窗口尺寸的一半时,将被抑制掉同时也 能较好地保证图象的边沿特征,而且易于实现. 因此它被广泛地应用于图象处理,尤其是医 学图象处理,如超声波图象.但由于其使用的滤窗大小是固定不变的,当窗中噪声像素数超过 有用像素之半时(噪声密度较大时),中值滤波滤波作用大大降低。多次试验验证:在脉冲噪 声强度大于0.2时,中值滤波效果就显得不是令人满意。 而自适应中值滤波器会根据一定的设 定条件改变滤窗的大小,即当噪声面积较大时,通过增加滤窗的大小将噪声予以去除,同时当 判断滤窗中心的像素不是噪声时,不改变其当前像素值,即不用中值代替。这样,自适应中值 滤波器可以处理噪声概率更大的脉冲噪声,同时在平滑非脉冲噪声图像时能够更好地保持图 像细节,这是传统中值滤波器做不到的 五、实验基本原理: 1、算法原理介绍 自适应中值滤波器的滤波方式和传统的中值滤波器一样,都使用一个矩形区域的窗口 Sxy ,不同的是在滤波过程中,自适应滤波器会根据一定的设定条件改变,即增加滤窗的大小, 同时当判断滤窗中心的像素是噪声时,该值用中值代替,否则不改变其当前像素值,这样用滤 波器的输出来替代像素(x,y) 处(即目前滤窗中心的坐标的值。我们做如下定义: Zmin是在Sxy滤窗内灰度的最小值; Zmax是在Sxy滤窗内灰度的最大值; Zmed是在Sxy滤窗内灰度的中值;

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Zxy是坐标(x,y) 处的灰度值; Smax指定Sxy所允许的最大值。 自适应中值滤波算法由两个部分组成,称为第一层(Level A) 和第二层(Level B) 。 主要算法如下: Level A : A1 = Zmed - Zmin A2 = Zmed - Zmax 如果A1> 0 并且A2<0 ,转到level B ,否则增加滤窗Sxy的尺寸。 如果滤窗Sxy≤Smax ,则重复执行Level A ,否则把Zxy作为输出值。 Level B : B1 = Zxy - Zmin B2 = Zxy - Zmax 如果B1>0 并且B2<0 , 把Zxy作为输出值, 否则把Zmed作为输出值。 2、实现技术 在对当前像素计算完成之后,滤波滑窗Sxy就会移到下一个像素点的位置,自适应中值滤 波器便重新还原开始对新像素点进行计算。 设滤窗的长、 宽相等,用window表示,其最大值用 Smax 表示。 3、程序主体代码 程序初始化 Clear all; Close all; function f=adpmedian(g,smax) f=g; alreadypeocessed=false(size(g)); for i=3:2:smax zmin=ordfilt2(g,1,ones(k,k),'symmetric'); zmax=ordfilt2(g,k*k,ones(k,k),'symmetric'); zmed=medfilt2(g,[k,k],'symmetric'); processusingleveb=(zmed>zmin)&(zmax>zmed)&~alreadyprocessed; zb=(g>zmin)&(zmax>g); outputzxy=processusingleveb&zb; outputzmed=processusingleveb&~zb; f(outputzxy)=g(outputzmed); f(outputzmed)=zmed(outputzmed); alreadyprocessed=alreadyprocessusingleveb; if all(alreadyprocessed()) break; end end smax=10; a=imread('moon.tif'); g=imnoise(a,'salt & pepper',0.5); subplot(1,4,1);imshow(a); subplot(1,4,2);imshow(g); subplot(1,4,3);imshow(medfilt2(g)); subplot(1,4,4);imshow(adpmedian(g,smax));

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3、Sxy大小的自适应控制 如果算法中窗内噪声的像素数超过有用像素之半,则需要增加滤窗Sxy的尺寸,增加的方 法是使window + 2 ,例如原来的滤窗尺寸为3 ×3 ,那么经过增加window 的值之后,滤窗尺 寸变为5 ×5 ,如果这时Sxy ≤S max ,则继续对该像素点进行滤波运算,否则保持该像素点的 灰度值不变。以此类推,就构成了滤窗大小的自适应控制。滤窗的最大值Smax要随着噪声的 空间密度大小的变化而进行调整,一般来说,噪声的空间密度大,选择Smax也要适当地大一 些,噪声的空间密度小,Smax也要适当地小一些。 六、试验结果分析和结论 1、试验结果 为了验证自适应滤波器的性能,把moon 图像(图1所示)人为的加上椒盐噪声(图2所 示),分别采用传统滤波器和自适应滤波器在Matlab仿真平台上进行了仿真试验,图3为传 统滤波器对受污染图像滤波的结果,图4为自适应滤波器对受污染图像滤波的结果。

图1 原始moon图像

图2 受到椒盐噪声污染的图像

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图3 传统中值滤波器对污染图像滤波的结果

图4 自适应中值滤波器对污染图像滤波的结果

2、试验结果对比分析
从图中可以看出,传统的中值滤波器降噪的能力不是很好,图像依然很模糊,大量的图 像细节丢失,不能从根本上解决降噪与保护图像细节之间的矛盾。而自适应中值滤波器,在 有效地抑制噪声的同时还充分地保护了图像细节。 由此可见, 自适应中值滤波器较传统中值 滤波器具有很大的优越性, 在很大程度上降低了滤除噪声和图像细节丢失之间的矛盾, 对于 工程实现有较好的理论参考价值。 3、结论 在图像降噪技术中应用了自适应中值滤波器,介绍了该算法的基本原理,并在matlab平 台上进行编程实现和试验仿真: 对椒盐噪声图像进行了滤波, 并与传统中值滤波器滤波效果 进行了比较, 结果表明自适应中值滤波器对噪声的滤除效果都非常好: 该滤波器能更有效地、 更有针对性地抑制噪声并保持住图象的细节,表现出良好的滤波特性。 七、实验总结 在此次自适应中值滤波器的实现的实验中, 实验过程中虽然遇到了各种各样的问题, 但 最终通过查阅各种资料和在老师的指导下,解决了各种问题如程序的调试等,使我们对 MatLab软件/语言有了进一步的了解,掌握了使用MatLab软件编程的能力,培养了我们处理 实际图像的能力。最后感谢老师在对我们数字图像处理过程中给与的帮助与教导。

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参考文献 [1] Rafael C Gonzalez,RichardE Woods.Digital Image Processing[M].Addison-welse PublishingCompany,1993:185. [2] Kenneth R,Gastleman.Digital Image Processing[M].Prentice Hall.1996:154. [3] 荆仁杰,叶秀清.计算机图像处理[M].北京:浙江大学出版社,1988:122.

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