双边滤波Matlab实现

原文:http://blog.csdn.net/lifeitengup/article/details/8902326#comments

双边滤波与一般的高斯滤波的不同就是:双边滤波既利用了位置信息又利用了像素信息来定义滤波窗口的权重。


像素值越接近,权重越大。双边滤波会去除图像的细节信息,又能保持边界。


对于彩色图像,像素值的接近与否不能使用RGB空间值,双边滤波的原始文献建议使用CIE颜色空间。

代码如下:

[plain]  view plain  copy
  1. function resultI = BilateralFilt2(I,d,sigma)  
  2. %%%  
  3. %Author:LiFeiteng  
  4. %Version:1.0——灰色图像  Time:2013/05/01  
  5. %Version:1.1——灰色/彩色图像  Time:2013/05/02  2013/05/05  
  6. %d 半窗口宽度  
  7. I = double(I);  
  8. if size(I,3)==1  
  9.     resultI = BilateralFiltGray(I,d,sigma);  
  10. elseif size(I,3)==3  
  11.     resultI = BilateralFiltColor(I,d,sigma);  
  12. else   
  13.     error('Incorrect image size')      
  14. end  
  15. end  
  16.   
  17. function resultI = BilateralFiltGray(I,d,sigma)  
  18.   
  19. [m n] = size(I);  
  20. newI = ReflectEdge(I,d);  
  21. resultI = zeros(m,n);  
  22. width = 2*d+1;  
  23. %Distance  
  24. D = fspecial('gaussian',[width,width],sigma(1));  
  25. S = zeros(width,width);%pix Similarity  
  26. h = waitbar(0,'Applying bilateral filter...');  
  27. set(h,'Name','Bilateral Filter Progress');  
  28. for i=1+d:m+d  
  29.     for j=1+d:n+d  
  30.         pixValue = newI(i-d:i+d,j-d:j+d);  
  31.         subValue = pixValue-newI(i,j);  
  32.         S = exp(-subValue.^2/(2*sigma(2)^2));  
  33.         H = S.*D;  
  34.         resultI(i-d,j-d) = sum(pixValue(:).*H(:))/sum(H(:));   
  35.     end  
  36.     waitbar(i/m);  
  37. end  
  38. close(h);  
  39. end  
  40.   
  41. function resultI = BilateralFiltColor(I,d,sigma)  
  42. I = applycform(I,makecform('srgb2lab'));  
  43. [m n ~] = size(I);  
  44. newI = ReflectEdge(I,d);  
  45. resultI = zeros(m,n,3);  
  46. width = 2*d+1;  
  47. %Distance  
  48. D = fspecial('gaussian',[width,width],sigma(1));  
  49. % [X,Y] = meshgrid(-d:d,-d:d);  
  50. % D = exp(-(X.^2+Y.^2)/(2*sigma(1)^2));  
  51. S = zeros(width,width);%pix Similarity  
  52. h = waitbar(0,'Applying bilateral filter...');  
  53. set(h,'Name','Bilateral Filter Progress');  
  54. sigma_r = 100*sigma(2);  
  55. for i=1+d:m+d  
  56.     for j=1+d:n+d  
  57.         pixValue = newI(i-d:i+d,j-d:j+d,1:3);  
  58.         %subValue = pixValue-repmat(newI(i,j,1:3),width,width);  
  59.         dL = pixValue(:,:,1)-newI(i,j,1);  
  60.         da = pixValue(:,:,2)-newI(i,j,2);  
  61.         db = pixValue(:,:,3)-newI(i,j,3);  
  62.         S = exp(-(dL.^2+da.^2+db.^2)/(2*sigma_r^2));  
  63.         H = S.*D;  
  64.         H = H./sum(H(:));  
  65.         resultI(i-d,j-d,1) = sum(sum(pixValue(:,:,1).*H));   
  66.         resultI(i-d,j-d,2) = sum(sum(pixValue(:,:,2).*H));      
  67.         resultI(i-d,j-d,3) = sum(sum(pixValue(:,:,3).*H));      
  68.     end  
  69.     waitbar(i/m);  
  70. end  
  71. close(h);  
  72. resultI = applycform(resultI,makecform('lab2srgb'));  
  73. end  

其中newI = ReflectEdge(I,d); %对称地扩展边界,在原始图像I的边界处镜像映射像素值 

[plain]  view plain  copy
  1. function newI = ReflectEdge(I,d)  
  2. %Version:1.0——灰色图像  Time:2013/05/01  
  3. %Version:1.1——灰色/彩色图像  Time:2013/05/02  
  4. %考虑到实用性,决定不添加更多的边界处理选择,统一使用:reflect across edge  
  5.   
  6. if size(I,3)==1  
  7.     newI = ReflectEdgeGray(I,d);  
  8. elseif size(I,3)==3  
  9.     newI = ReflectEdgeColor(I,d);  
  10. else   
  11.     error('Incorrect image size')      
  12. end  
  13. end  
  14.   
  15. function newI = ReflectEdgeGray(I,d)  
  16. [m n] = size(I);  
  17. newI = zeros(m+2*d,n+2*d);  
  18. %中间部分  
  19. newI(d+1:d+m,d+1:d+n) = I;  
  20. %上  
  21. newI(1:d,d+1:d+n) = I(d:-1:1,:);  
  22. %下  
  23. newI(end-d:end,d+1:d+n) = I(end:-1:end-d,:);  
  24. %左  
  25. newI(:,1:d) = newI(:,2*d:-1:d+1);  
  26. %右  
  27. newI(:,n+d+1:n+2*d) = newI(:,n+d:-1:n+1);  
  28. end  
  29.   
  30. function newI = ReflectEdgeColor(I,d)  
  31. %扩展图像边界  
  32. [m n ~] = size(I);  
  33. newI = zeros(m+2*d,n+2*d,3);  
  34. %中间部分  
  35. newI(d+1:d+m,d+1:d+n,1:3) = I;  
  36. %上  
  37. newI(1:d,d+1:d+n,1:3) = I(d:-1:1,:,1:3);  
  38. %下  
  39. newI(end-d:end,d+1:d+n,1:3) = I(end:-1:end-d,:,1:3);  
  40. %左  
  41. newI(:,1:d,1:3) = newI(:,2*d:-1:d+1,1:3);  
  42. %右  
  43. newI(:,n+d+1:n+2*d,1:3) = newI(:,n+d:-1:n+1,1:3);  
  44. end  

测试用例:

[plain]  view plain  copy
  1. img = imread('.\lena.tif');  
  2. %%img = imread('.\images\lena_gray.tif');  
  3. img = double(img)/255;  
  4. img = img+0.05*randn(size(img));  
  5. img(img<0) = 0; img(img>1) = 1;  
  6. %img = imnoise(img,'gaussian');  
  7. figure, imshow(img,[])  
  8. title('原始图像')  
  9. d = 6;  
  10. sigma = [3 0.1];  
  11. resultI = BilateralFilt2(double(img), d, sigma);  
  12.   
  13. figure, imshow(resultI,[])  
  14. title('双边滤波后的图像')  

结果:



Reference:

1.C Tomasi, R Manduchi.Bilateral Filtering for Gray and Color Images, - Computer Vision, 1998.

双边滤波与一般的高斯滤波的不同就是:双边滤波既利用了位置信息又利用了像素信息来定义滤波窗口的权重。


像素值越接近,权重越大。双边滤波会去除图像的细节信息,又能保持边界。


对于彩色图像,像素值的接近与否不能使用RGB空间值,双边滤波的原始文献建议使用CIE颜色空间。

代码如下:

[plain]  view plain  copy
  1. function resultI = BilateralFilt2(I,d,sigma)  
  2. %%%  
  3. %Author:LiFeiteng  
  4. %Version:1.0——灰色图像  Time:2013/05/01  
  5. %Version:1.1——灰色/彩色图像  Time:2013/05/02  2013/05/05  
  6. %d 半窗口宽度  
  7. I = double(I);  
  8. if size(I,3)==1  
  9.     resultI = BilateralFiltGray(I,d,sigma);  
  10. elseif size(I,3)==3  
  11.     resultI = BilateralFiltColor(I,d,sigma);  
  12. else   
  13.     error('Incorrect image size')      
  14. end  
  15. end  
  16.   
  17. function resultI = BilateralFiltGray(I,d,sigma)  
  18.   
  19. [m n] = size(I);  
  20. newI = ReflectEdge(I,d);  
  21. resultI = zeros(m,n);  
  22. width = 2*d+1;  
  23. %Distance  
  24. D = fspecial('gaussian',[width,width],sigma(1));  
  25. S = zeros(width,width);%pix Similarity  
  26. h = waitbar(0,'Applying bilateral filter...');  
  27. set(h,'Name','Bilateral Filter Progress');  
  28. for i=1+d:m+d  
  29.     for j=1+d:n+d  
  30.         pixValue = newI(i-d:i+d,j-d:j+d);  
  31.         subValue = pixValue-newI(i,j);  
  32.         S = exp(-subValue.^2/(2*sigma(2)^2));  
  33.         H = S.*D;  
  34.         resultI(i-d,j-d) = sum(pixValue(:).*H(:))/sum(H(:));   
  35.     end  
  36.     waitbar(i/m);  
  37. end  
  38. close(h);  
  39. end  
  40.   
  41. function resultI = BilateralFiltColor(I,d,sigma)  
  42. I = applycform(I,makecform('srgb2lab'));  
  43. [m n ~] = size(I);  
  44. newI = ReflectEdge(I,d);  
  45. resultI = zeros(m,n,3);  
  46. width = 2*d+1;  
  47. %Distance  
  48. D = fspecial('gaussian',[width,width],sigma(1));  
  49. % [X,Y] = meshgrid(-d:d,-d:d);  
  50. % D = exp(-(X.^2+Y.^2)/(2*sigma(1)^2));  
  51. S = zeros(width,width);%pix Similarity  
  52. h = waitbar(0,'Applying bilateral filter...');  
  53. set(h,'Name','Bilateral Filter Progress');  
  54. sigma_r = 100*sigma(2);  
  55. for i=1+d:m+d  
  56.     for j=1+d:n+d  
  57.         pixValue = newI(i-d:i+d,j-d:j+d,1:3);  
  58.         %subValue = pixValue-repmat(newI(i,j,1:3),width,width);  
  59.         dL = pixValue(:,:,1)-newI(i,j,1);  
  60.         da = pixValue(:,:,2)-newI(i,j,2);  
  61.         db = pixValue(:,:,3)-newI(i,j,3);  
  62.         S = exp(-(dL.^2+da.^2+db.^2)/(2*sigma_r^2));  
  63.         H = S.*D;  
  64.         H = H./sum(H(:));  
  65.         resultI(i-d,j-d,1) = sum(sum(pixValue(:,:,1).*H));   
  66.         resultI(i-d,j-d,2) = sum(sum(pixValue(:,:,2).*H));      
  67.         resultI(i-d,j-d,3) = sum(sum(pixValue(:,:,3).*H));      
  68.     end  
  69.     waitbar(i/m);  
  70. end  
  71. close(h);  
  72. resultI = applycform(resultI,makecform('lab2srgb'));  
  73. end  

其中newI = ReflectEdge(I,d); %对称地扩展边界,在原始图像I的边界处镜像映射像素值 

[plain]  view plain  copy
  1. function newI = ReflectEdge(I,d)  
  2. %Version:1.0——灰色图像  Time:2013/05/01  
  3. %Version:1.1——灰色/彩色图像  Time:2013/05/02  
  4. %考虑到实用性,决定不添加更多的边界处理选择,统一使用:reflect across edge  
  5.   
  6. if size(I,3)==1  
  7.     newI = ReflectEdgeGray(I,d);  
  8. elseif size(I,3)==3  
  9.     newI = ReflectEdgeColor(I,d);  
  10. else   
  11.     error('Incorrect image size')      
  12. end  
  13. end  
  14.   
  15. function newI = ReflectEdgeGray(I,d)  
  16. [m n] = size(I);  
  17. newI = zeros(m+2*d,n+2*d);  
  18. %中间部分  
  19. newI(d+1:d+m,d+1:d+n) = I;  
  20. %上  
  21. newI(1:d,d+1:d+n) = I(d:-1:1,:);  
  22. %下  
  23. newI(end-d:end,d+1:d+n) = I(end:-1:end-d,:);  
  24. %左  
  25. newI(:,1:d) = newI(:,2*d:-1:d+1);  
  26. %右  
  27. newI(:,m+d+1:m+2*d) = newI(:,m+d:-1:m+1);  
  28. end  
  29.   
  30. function newI = ReflectEdgeColor(I,d)  
  31. %扩展图像边界  
  32. [m n ~] = size(I);  
  33. newI = zeros(m+2*d,n+2*d,3);  
  34. %中间部分  
  35. newI(d+1:d+m,d+1:d+n,1:3) = I;  
  36. %上  
  37. newI(1:d,d+1:d+n,1:3) = I(d:-1:1,:,1:3);  
  38. %下  
  39. newI(end-d:end,d+1:d+n,1:3) = I(end:-1:end-d,:,1:3);  
  40. %左  
  41. newI(:,1:d,1:3) = newI(:,2*d:-1:d+1,1:3);  
  42. %右  
  43. newI(:,m+d+1:m+2*d,1:3) = newI(:,m+d:-1:m+1,1:3);  
  44. end  

测试用例:

[plain]  view plain  copy
  1. img = imread('.\lena.tif');  
  2. %%img = imread('.\images\lena_gray.tif');  
  3. img = double(img)/255;  
  4. img = img+0.05*randn(size(img));  
  5. img(img<0) = 0; img(img>1) = 1;  
  6. %img = imnoise(img,'gaussian');  
  7. figure, imshow(img,[])  
  8. title('原始图像')  
  9. d = 6;  
  10. sigma = [3 0.1];  
  11. resultI = BilateralFilt2(double(img), d, sigma);  
  12.   
  13. figure, imshow(resultI,[])  
  14. title('双边滤波后的图像')  

结果:



Reference:

1.C Tomasi, R Manduchi.Bilateral Filtering for Gray and Color Images, - Computer Vision, 1998.

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