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  • Gauss滤波的快速实现方法

      二维高斯函数具有旋转对称性,处理后不会对哪一个方向上的边缘进行了过多的滤波,因此相对其他滤波器,具有无法比拟的优越性。但是传统Gauss滤波随着图像尺寸的增加,运算复杂度呈平方上涨,因此需要对其优化改进。下面,分别介绍传统型,分解型和递归迭代型三种实现方法。

      

    1 传统型

      Gauss滤波首先需要构建一个Gauss滤波核,公式为:

    Matlab实现代码:

    dSigma =0.8;
    fK1=1.0/(2*dSigma*dSigma);
    fK2=fK1/pi;
    iSize = 5;
    step = floor(iSize/2 + 0.5);
    for i = 1 : iSize
        x=i-step;
        fTemp=fK2*exp(-x*x*fK1);
        for j = 1 : iSize
            y=j-step;
            model(x+step,y+step)=fTemp*exp(-y*y*fK1);
        end
    end
    dSum = sum(sum(model));
    model = model/dSum;						%Gauss核数值归一化
    

      

    图1 Gauss滤波核(5*5大小)

      接下来就是将输入图像和滤波核进行卷积操作。其实质就是对原始图像进行加权求和,把这个“和”赋给中心像素。对于一个2048*2048的图像,需要进行104734756次乘法运算,和104734756次加法运算,运算复杂度是很高的。

    2 分解型

      

      我们可以把一个二维Gauss核分解为两个一维高斯核,然后先对行做一次一维卷积,再对这个卷积结果做一次一维列卷积,得到的结果完全一模一样,而开销会小很多。

    一维高斯核函数:

      Matlab代码实现:

    dSigma =0.8;
    fK1=1.0/(2*dSigma*dSigma);
    fK2=fK1/pi;
    iSize = 5;
    step = floor(iSize/2 + 0.5);
    for i = 1 : iSize
        x=i-step;
        fTemp=fK2*exp(-x*x*fK1);
        model(1,x+step) = fTemp;
    end
    dM = sum(model);
    model = model / dM;
    

      

    图2 一维高斯滤波核(1*5大小)

      一维卷积原理和二维卷积一样,只不过我们只需要将同一行或同一列上的数据,按位置一一加权求和,再把“和”赋给中心元素。

      对于一个2048*2048的图像,需要进行41918464次乘法运算,和41918464次加法运算。相比传统运算量,只是前者的1/2.4985。如果遇到频繁计算Gauss滤波的算法,后者明显比前者速度快很多。

    3 递归迭代型

      第二种方法较第一种方法,虽然有了较大改善,但是任然复杂度较高。这里再介绍一种更快速的逼近Gauss滤波方法。

         具体步骤分为两步:首先对图像做一次前向滤波,其次,对图像再做一次后向滤波。

      Forward:

      Backward:

    参考资料:Recursive implementation of the Gaussian filter。 Ian T. Young,1995

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/ImageVision/p/2545555.html
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