Filtracja Gaussa vs. Filtracja Sobela: Szczegółowe Porównanie
- Szczegóły
W dziedzinie cyfrowego przetwarzania sygnałów, filtracja obrazów odgrywa kluczową rolę w wydobywaniu istotnych informacji i poprawie jakości obrazów. Filtracja jest operacją matematyczną na pikselach obrazu źródłowego, w wyniku której uzyskiwany jest nowy, przekształcony obraz. W programie przyjmujemy, że każdy blok wykonujący pewną ,,opercję'' na obrazie nazywany jest filtrem.
Do najbardziej typowych zastosowań tego rodzaju filtracji należy usuwanie szumów i zakłóceń impulsowych z obrazu. Ponadto wygładzają drobne zawirowania krawędzi, usuwają efekty falowania jasności na obiektach i tle. Informacjami takimi mogą być: położenie krawędzi, pozycje rogów obiektów itp.
Filtracja Dolnoprzepustowa: Filtr Gaussa
Filtr dolnoprzepustowy to taki, który tłumi składowe widma sygnału o dużej częstotliwości, pozostawiając bez zmian składowe o małej częstotliwości. Działanie tego typu filtrów opiera się na usuwaniu elementów obrazu o wysokiej częstotliwości (szczegółów, np. dużych różnic w kolorach pomiędzy sąsiadującymi pikselami) i przepuszczaniu elementów o niskiej częstotliwości (ogólnych kształtów, bez szczegółów). Ponieważ większość szumów występujących w obrazach zawiera się w wysokich częstotliwościach, filtry te przeważnie wykorzystuje się właśnie do eliminacji zakłóceń.
Właściwie dopasowując rząd macierzy filtru, można usuwać zakłócenia różnej wielkości, ograniczając przy tym utratę szczegółów (wysokich częstotliwości) w odfiltrowywanym obrazie. Filtry dolnoprzepustowe to zazwyczaj filtry uśredniające z pewnymi wagami. Wadą takiego sposobu filtrowania jest rozmycie konturów i pogorszenie wyrazistości kształtów.
Filtry dolnoprzepustowe (ang. low-pass) przepuszczają elementy obrazu o małej częstotliwości. Elementy o wysokiej częstotliwości (szumy, drobne szczegóły) są natomiast tłumione bądź wręcz blokowane. Wynikiem działania takich fitrów jest zredukowanie szumów, w szczególności gdy jest on jedno, dwupikslowy ale również wygładzenie i rozmycie obrazu.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Wśród filtrów dolnoprzepustowych wyróżniamy:
- piramidalny - jeżeli kolejne komórki tego filtra przedstawionoby za pomocą słupków o wysokości odpowiadającej przypisanej wadze to w efekcie otrzymalibyśmy bryłę podobną do piramidy, stąd jego nazwa.
- stożkowy - jeżeli kolejne komórki tego filtra przedstawionoby za pomocą słupków o wysokości odpowiadającej przypisanej wadze to w efekcie otrzymalibyśmy bryłę podobną do stożka, stąd jego nazwa.
- gauss 1 - jeżeli kolejne komórki tego filtra przedstawionoby za pomocą słupków o wysokości odpowiadającej przypisanej wadze to w efekcie otrzymalibyśmy bryłę podobną do krzywej rozkładu normalnego - krzywej Gaussa.
Filtracja Górnoprzepustowa: Filtr Sobela
Filtry te działają w sposób odwrotny do filtrów dolnoprzepustowych, tłumią one niskoczęstotliwościowe elementy obrazu, wzmacniają natomiast elementy o wysokich częstotliwościach (szczegóły). Filtry górnoprzepustowe (ang. high-pass) przepuszczają i wzmacniają elementy obrazu o dużej częstotilości, są to szumy, drobne szczegóły i krawędzie. Tłumieniu natomiast ulegają elementy o niskiej częstotliwości.
Wynikiem działania tego typu filtrów jest podkreślenie, uwypuklenie elementów obrazu o dużej częstotliwości poprzez zwiększenie ich jasności, koloru itp. Dla obrazu jako całości efektem jest zazwyczaj zwiększenie kontrastu poprzez podkreślenie ostrych krawędzi obiektów. Wynikiem działania takich fitrów jest wyostrzenie obrazu, a także zwiększenie ilości szumów.
Przyjmuje się, że gwałtowna zmiana funkcji jasności oznacza krawędź. Dlatego do wydzielenia jej z obrazu najczęściej stosuje się metody gradientowe. Duża wartość gradientu funkcji jasności w danym punkcie wskazuje, że jest to punkt krawędzi. W przypadku filtru Sobel do obliczenia składowych gradientu G_x oraz G_y wykorzystuje się dwie specjalnie zdefiniowane maski (nazywane operatorami Sobela; jedna dla składowych poziomych, druga dla składowych pionowych) o wymiarze 3x3, które są splatane z obrazem wejściowym.
Podstawowymi filtrami konturowymi są filtry Sobel'a o Prewitt'a.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Inne Rodzaje Filtrów
Oprócz filtrów Gaussa i Sobela, istnieje wiele innych filtrów stosowanych w przetwarzaniu obrazów, takich jak:
- Filtry przesuwania i odejmowania: Filtry te służą do wykrywania krawędzi w obrazie.
- Gradientowe filtry kierunkowe: Służą również do wykrywania krawędzi w obrazie.
- Filtry uwypuklające: Wprowadzają złudzenie wypukłości i wklęsłości w miejscach, gdzie w obrazie znajdują się krawędzie - daje to efekt podobny do płaskorzeźby.
- Filtry Laplace'a: Stosowane są do wykrywania krawędzi.
- Filtry statystyczne: Wartość wynikowa powstaje nie w wyniku obliczenia sumy ważonej (funkcji splotu) poszczególnych piksli lecz poprzez wybranie wartości odpowiedniego piksla pod maską.
- Filtr medianowy: Stosuje się go przede wszystkim do usuwania zakłóceń punktowych typu pieprz i sól, potrafi on wtedy usunąć szum przy minimalnej utracie jakości obrazu lub całkowicie bez strat.
- Filtr minimalny: Jego działanie polega na wybraniu z pod maski punktu o wartości najmniejszej.
- Filtr maksymalny: Jego działanie polega na wybraniu z pod maski punktu o wartości największej.
- Filtr Kuwahara: Jest filtrem wygładzającym zachowującym krawędzie.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
tags: #filtracja #gaussa #vs #filtracja #sobela
