Opencv之图像滤波：6.双边滤波(cv2.bilateralFilter)

        前面我们介绍的滤波方法都会对图像造成模糊，使得边缘信息变弱或者消失，因此需要一种能够对图像边缘信息进行保留的滤波算法，双边滤波是综合考虑空间信息和色彩信息的滤波方式，在滤波过程中能够有效地保护 图像内的边缘信息。

6.1 原理介绍

        之前介绍的滤波处理过程单纯地考虑空间信息，造成了边界模糊和部分信息的丢失。 双边滤波在计算某一个像素点的新值时，不仅考虑距离信息（距离越远，权重越小），还考虑色彩信息（色彩差别越大，权重越小）。

        双边滤波综合考虑距离和色彩的权重结果，既能够有效地去除噪声，又能够较好地保护边缘信息。 在双边滤波中，当处在边缘时，与当前点色彩相近的像素点（颜色距离很近）会被给予较大的权重值；而与当前色彩差别较大的像素点（颜色距离很远）会被给予较小的权重值（极端情况下权重可能为0，直接忽略该点），这样就保护了边缘信息。

6.2 函数语法

        在OpenCV中，实现双边滤波的函数是cv2.bilateralFilter（），该函数的语法是：         dst=cv2.bilateralFilter（src,d,sigmaColor,sigmaSpace,borderType）

        式中：

        ● dst是返回值，表示进行双边滤波后得到的处理结果。

        ● src 是需要处理的图像，即原始图像。它能够有任意数量的通道，并能对各通道独立处理。图像深度应该是CV_8U、CV_16U、CV_16S、CV_32F或者CV_64F中的一 种。                        

        ● d是在滤波时选取的空间距离参数，这里表示以当前像素点为中心点的直径。如果该值为非正数，则会自动从参数 sigmaSpace 计算得到。如果滤波空间较大（d>5），则速度较慢。因此，在实时应用中，推荐d=5。对于较大噪声的离线滤波，可以选择d=9。

        ● sigmaColor是滤波处理时选取的颜色差值范围，该值决定了周围哪些像素点能够参与到滤波中来。与当前像素点的像素值差值小于 sigmaColor 的像素点，能够参与到当前的滤波中。该值越大，就说明周围有越多的像素点可以参与到运算中。该值为0时，滤波失去意义；该值为255时，指定直径内的所有点都能够参与运算。

        ● sigmaSpace是坐标空间中的sigma值。它的值越大，说明有越多的点能够参与到滤波计算中来。当d>0时，无论sigmaSpace的值如何，d都指定邻域大小；否则，d与 sigmaSpace的值成比例。

        ● borderType是边界样式，该值决定了以何种方式处理边界。一般情况下，不需要考虑该值，直接采用默认值即可。

        为了简单起见，可以将两个sigma（sigmaColor和sigmaSpace）值设置为相同的。如果它们的值比较小（例如小于10），滤波的效果将不太明显；如果它们的值较大（例如大于150），则滤波效果会比较明显，会产卡通效果。

        在函数cv2.bilateralFilter（）中，参数borderType是可选参数，其余参数全部为必选参数。

6.3 程序示例

import cv2  as cv


def cv_show(name, img):
    cv.imshow(name, img)
    cv.waitKey(0)
    cv.destroyAllWindows()


def add_peppersalt_noise(image, n=10000):
    result = image.copy()
    # 测量图片的长和宽
    w, h =image.shape[:2]
    # 生成n个椒盐噪声
    for i in range(n):
        x = np.random.randint(1, w)
        y=  np.random.randint(1, h)
        if np.random.randint(0, 2) == 0 :
            result[x, y] = 0
        else:
            result[x,y] = 255
    return result


img = cv.imread('D:\\dlam.jpg')
if img is None:
    print('Failed to read the image')

img1 = add_peppersalt_noise(img)
cv_show('img1', img1)

img2 = cv.bilateralFilter(img1, 9, 150, 150)
cv_show('img2', img2)

原图如下：

 添加椒盐噪声后：

 双边滤波效果：

         可以看到，双边滤波对边缘信息有较好的保留，但是不能较好的消除噪声。（也试过中值滤波与双边滤波一起使用，但是边缘的像素还是会缺失，滤波效果不是很好）