Gabor变换、Gabor滤波器

姓名:张右润

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【嵌牛导读】Gabor小波与人类视觉系统中简单细胞的视觉刺激响应非常相似。它在提取目标的局部空间和频率域信息方面具有良好的特性。虽然Gabor小波本身并不能构成正交基,但在特定参数下可构成紧框架。Gabor小波对于图像的边缘敏感,能够提供良好的方向选择和尺度选择特性,而且对于光照变化不敏感,能够提供对光照变化良好的适应性。上述特点使Gabor小波被广泛应用于视觉信息理解。

【嵌牛鼻子】gabor滤波器 数字图像处理

【嵌牛提问】gabor滤波如何用opencv实现?

【嵌牛正文】

1) Gabor优点

Gabor小波与人类视觉系统中简单细胞的视觉刺激响应非常相似。它在提取目标的局部空间和频率域信息方面具有良好的特性。虽然Gabor小波本身并不能构成正交基,但在特定参数下可构成紧框架。Gabor小波对于图像的边缘敏感,能够提供良好的方向选择和尺度选择特性,而且对于光照变化不敏感,能够提供对光照变化良好的适应性。上述特点使Gabor小波被广泛应用于视觉信息理解。

Gabor滤波器和脊椎动物视觉皮层感受野响应的比较:第一行代表脊椎动物的视觉皮层感受野,第二行是Gabor滤波器,第三行是两者的残差。可见两者相差极小。Gabor滤波器的这一性质,使得其在视觉领域中经常被用来作图像的预处理。

2) Gabor定义

① 具体窗函数――Gaussaion的 Gabor变换定义式

Gabor变换的基本思想:把信号划分成许多小的时间间隔,用傅里叶变换分析每一个时间间隔,以便确定信号在该时间间隔存在的频率。其处理方法是对f(t)加一个滑动窗,再作傅里叶变换。

② 窗口的宽高关系

经理论推导可以得出:高斯窗函数条件下的窗口宽度与高度,且积为一固定值。

3) 离散Gabor变换的一般求法

① 首先选取核函数

可根据实际需要选取适当的核函数。如,如高斯窗函数;

② 离散Gabor变换的表达式

4) Gabor变换的解析理论

对偶函数可以使计算更为简洁方便。

5) 适用条件

① 临界采样Gabor展开要求条件:TΩ=2π;

② 过采样展开要求条件:TΩ≤2π;

当TΩ>2π时,欠采样Gabor展开,已证明会导致数值上的不稳定。

6) 应用

① 暂态信号检测

如果对信号波形有一定的先验知识且可以据此选取合适的基函数,可以用Gabor变换对信号作精确的检测统计计量。

② 图象分析与压缩

二维Gabor变换可以应用到图象分析与压缩中。

3. 二维Gabor滤波器

用Gabor 函数形成的二维Gabor 滤波器具有在空间域和频率域同时取得最优局部化的特性,因此能够很好地描述对应于空间频率(尺度)、空间位置及方向选择性的局部结构信息。

Gabor滤波器的频率和方向表示接近人类视觉系统对于频率和方向的表示,并且它们常备用于纹理表示和描述。

在图像处理领域,Gabor滤波器是一个用于边缘检测的线性滤波器。

在空域,一个2维的Gabor滤波器是一个正弦平面波和高斯核函数的乘积。

Gabor滤波器是自相似的,也就是说,所有Gabor滤波器都可以从一个母小波经过膨胀和旋转产生。

实际应用中,Gabor滤波器可以在频域的不同尺度,不同方向上提取相关特征。

Gabor滤波器的傅里叶变换:峰值响应在复正弦的空域频率(u0,v0):

Gabor滤波器示意图,3种角度5种方向:

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