論高通濾波器,帶阻濾波器,陷波濾波器

2021-07-15 06:52:05 字數 2126 閱讀 1720

首先,對一副影象進行如下二維傅利葉變換。

我們將u=0和v=0帶上式,我們可以得到如下式子。

根據上式,可以到f(0,0)的值是非常大的。這裡,我們將

f(0,0)稱為直流分量,直流分量比其他的成分要大好幾個數量級。所以,這也就是傅利葉譜為什麼需要使用對數變換才能看清楚的原因。

這裡,對於高通濾波器而言,由於直流分量被衰減,所以,所得到的影象的動態範圍是非常狹窄的,也就造成了影象偏灰。進一步而言,保持直流(dc)分量,對別的部分進行增幅,可以增強影象的細節。這樣的濾波器稱為銳化濾波器。這一小節主要介紹高通濾波器與銳化濾波器。

這裡的d0是濾波器的阻帶半徑,而d(u,v)是點到濾波器**的距離。理想高通的濾波器的振幅特性如下所示。

用這個濾波器對影象進行處理,可得到如下所示的結果。我們可以看到,與理想的低通濾波器一樣,所得到的影象有很明顯的振鈴現象。結果影象從視覺上來看,有些偏暗,這是因為影象的直流分量被濾掉的原因。

同樣的,巴特沃斯高通濾波器也可以通過改變次數n,對過度特性進行調整。過大的n會造成振鈴現象。

高斯濾波器的過度特性很好,所以不會發生振鈴現象。

按照之前所說的,銳化濾波器是將傅利葉譜的直流分量保留,然後將其餘的成分增幅。使用銳化濾波器,可以對影象的細節進行增強,使得細節凸顯出來。銳化濾波器的表示式如下所示。

其實上式的目的很明顯,就是先將原圖的傅利葉

譜下面是**。

同樣的,帶阻濾波器也有三種特性。高斯、巴特沃斯和理想,三種型別,其數學表示式如下所示。

其帶通濾波器可以使用上面的**轉化而得。

帶阻濾波器可以用於去除週期性雜訊,為了體現帶阻濾波器的特性,我們先對一幅影象增加很嚴重的雜訊。

在原圖的傅利葉譜上新增了幾個很明顯的亮點。在對其做idft,可以看到,原圖被嚴重的週期雜訊汙染了。此時,我們可以使用帶阻濾波器,可以有很好的去噪效果。為了避免振鈴現象,選擇使用如下所示巴特沃斯帶阻濾波器,所用濾波器的次數為2次。使用空間域的操作,要去除這種雜訊基本是不可能的,這也是頻域內的操作的優點。

陷波濾波器也用於去除週期雜訊,雖然帶阻濾波器也能可以去除週期雜訊,但是帶阻濾波器對雜訊以外的成分也有衰減。而陷波濾波器主要對,某個點進行衰減,對其餘的成分不損失。使用下圖將更容易理解。

從空間域內看,影象存在著週期性雜訊。其傅利葉頻譜中,也能看到雜訊的所在之處(這裡我用紅圈標註出來了,他們不是資料的一部分)。我們如果使用帶阻濾波器的話,是非常麻煩的,也會使得影象有損失。陷波濾波器,能夠直接對雜訊處進行衰減,可以有很好的去噪效果。

其表示式如下所示,陷波濾波器可以通過對高通濾波器的中心,進行位移就可以得到了。

這裡,由於傅利葉的週期性,傅利葉頻譜上不可能單獨存在乙個點的雜訊,必定是關於遠點對稱的乙個雜訊對。這裡的

針對於上圖,我們設計如下濾波器,去進行去噪。

(下標錯了,後續更新改過來!)

所得到的結果,如下所示。雜訊已經被去除了,畫質得到了很大的改善。

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