自适应中值滤波算法的研究与应用

自适应中值滤波算法的研究与应用 软件时空 文章编号:1008-0570(2007)02-3-0217-02 自适应中值滤波算法的研究与应用 AWellAdaptiveMedianFilteringAIgorithmandItsApplication (安徽工业大学)张 ZHANGXlA 霞葛芦生 GELUSHENG 摘要:本文研究一种自适应的中值滤波算法,该算法对含有噪声的图像自动选取合 适的窗口进行滤波处理,对噪声,边缘,图 像内部点分别处理,实验结果表明该算法在滤除噪声的同时,很好地保存了图像的 原始信息且有较好的信噪比. 关键词:噪声;均值滤波;中值滤波;自适应窗口 中图分类号:TP751.5文献标识码:A Abstract:Inthispaper,awelladaptivemedianfilteringisproposed.Thisnewmethodselectsa nadaptedwindowautomatically,and processesnoises,edgeandinsidepixelofimageaccordingtothejudgement.Theresultofexpe rimentprovesthatthenewmethod notonlysavestheoriginalimageinformation,andhasagoodSignal—to— NoiseRatio,butalsoremovesnoisessimultaneously. Keywords:noise,averagingfilter,medianfilter,serf-adaptivewindow 1引言 图像在成像,数字化和传输等过程中各种干扰效应,形成 噪声.这些噪声在图像上表现出与物体边缘有很大的相似性. 在进行图像平滑的时候,追求的目标是既能消除掉这些噪声又 不使图像的边缘轮廓和线条细节变模糊.常用的图像平滑处理 方法主要有邻域平均法,低通滤波法和中值滤波法等.其中中 值滤波算与均值滤波在滤除冲激噪声与高斯噪声方面各有所 长.普通的中值滤波法是一种非线性滤波方法,在一定的条件 下.可以克服线性滤波器所带来的图像细节模糊,但是对一些 细节多.特别是点,线,尖顶细节多的图像会引起图像信息的丢 失.本文中的图像平滑算法是自动调整窗口大小的方法.因为 在一个邻域内.中心像素点与邻域点存在着很大的相关性,通过 比较窗口内象素的灰度值,便可以确定其是否噪声点.噪声点还 是被图像某边缘所包围的内部点,然后对这几种类型的点分别 进行处理,便可达到在滤除噪声的同时保护图像细节的目的. 2中值滤波算法描述 中值滤波就是用一个含有奇数点的滑动窗口,将窗口正中 的那一个的值用窗口内各点的中间值代替.一般,设有一个一 维序列f.,f2,…fn,取窗口L长度为m(m为奇数),从序列中抽出m 个数k…,,…;,为窗口中心点值,v=(m一1)/2. 一 维中值滤波的 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 表达式:yi=Med{f_~--,,…}? ?式中f?L;V=(M一1)/2.二维中值滤波的数学表达 式:yi={f}?^ ?式中A为窗口;{,}为二维数据序列 二维中值滤波的窗口形状和尺寸设计对滤波效果影响较 大.不同的图像内容和不同的原因要求,往往采用不同的窗口 形状和尺寸.常用的二维中值滤波窗口形状有线状,方形,圆 张霞:硕士研究生 基金项目:安徽省教育厅资助项目(2伽4Jq130) 形,十字形以及圆环形等.窗口尺寸一般先用3,再取5,逐点增 大,直到效果满意为止. 中值滤波是抑制噪声的非线性处理方法,该方法的特点是 运算简单,实现方便,而且能较好地保护边界,但其会使图像失 掉细线和小块的目标区域. 3自适应中值滤波算法描述 当脉冲噪声f椒盐噪声)在空间上出现的概率不大,中值滤 波一般可以取得较好的效果.经验表明,当出现的正负脉冲噪 声概率均分别小于0.2时,中值滤波是可用的,而当脉冲噪声在 空间上出现的概率较大时,使用中值滤波后可能产生较严重的 失真.为了改善滤波效果,引入自适应中值滤波算法.即基于中 值滤波的特点和性质,考虑采用变换窗口大小的方法,在中值 算法中加入一个判断操作,判断窗口内的象素中值及滤波处的 像点灰度是否为脉冲噪声,并分别处理. 设Aii是对像点(iJ)进行中值滤波的工作窗口,为像点(iJ) 的灰度,为A中的灰度最小值,为A;中的灰度最大值, 为A中的灰度中值,为A中的灰度均值,A为允许的 最大窗口,Ao为初始默认窗口. 自适应中值滤波算法的基本步骤如下: (1)计算z-,一,,z:,一,一. (2)如果Z>0且Z:<0,那么转(4);否则,转至(3). (3)若,i=f,输出;否则,增大窗口A;i尺寸.若AJ?A一, 则重复(1)和(2);否则输出. (4)计算gl=fi广,g广; (5)如果g0E.g,那么输出;否则,输出. 在上述算法中,如果',c'c'm啦,表明f不是噪声,转 到(4)判断是否是脉冲,当与都不是脉冲噪声时,优先输 出.当,i与f都是脉冲噪声时,输出A的灰度均值k.相应 的算法 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图口图1所示) 国自控鹅邮局订阅号:82-946360~/-#-一217— 软件时空中文核心期刊《微计算机信息》(管控一体化)2007年第23卷第2-3期 图1自适应算法流程图 该算法特点是,可以去除脉冲噪声,平滑其他非脉冲噪声, 减小失真,保护细节.正负脉冲的概率越小或A在容许的范 围越大,算法过早退出的可能性就越小.当脉冲的概率增大时, 通常需要更大的窗口消除噪声. 4实验结果 4.1实验效果的评价因子 为了检验算法的滤波效果,定义信噪比改善因子Sf单位 dB1.其定义如下: 枷 l 毒n-1z.~-i.....z?1 而萋((,)一ideal(i,))一 ?式中的N,M分别为图像的高度和宽度,out为滤波后的 输入图像,in为滤波前带噪声的输出图像,ideal为无噪声的原 始图像.从?式可以看出,如果s为负值,则 ZE(o.t(i,j)-ideal(i,』)).??(in(f,)一ideal(i,)).? 则说明滤波后噪声被抑制,S越小说明滤波效果越好.本算 法使用S作为评价因子,既可以衡量滤除噪声的效果,也可以检 查滤波后的图像相对于原始图像的细节的保存程度.在实验中 为了方便,选取的图像在deal,out,in三种情况下大小都相同, 因此式?可以简化为: ??(D"f(f,j)-ideal(i,)) s=lOlg_——————_-? EX(in(i,j)-ideal(i,))一 4I2结果 实验中选取的图像大小为256~256,添加噪声比为1O%, 分别采用传统的均值滤波和中值滤波法以及本文所提出的自 适应中值滤波滤波算法对图像进行了模拟实验.椒盐噪声实验 的效果图如图2所示. (a)加1O%椒盐噪声?自适应中值滤波(e)3x3中值滤波 圆圈?(d)5x5中值滤波图像(e)3x3均值滤波图像(05x5均值滤波图像 圆圈囵(g)L=3一维中值滤波00I-=5一维中值滤波(i)L=7一维中值滤波 图2带椒盐噪声图像的滤波效果 表1添加不同噪声滤波后的信噪比改善因子S(单位:db) 噪声窑=小均直逮醺—鳇中值滤睦二维中直逮醺自适应年值滤睦 椒L=3,A=3×3,ArnX5-Z389.土6414161861 盐【,A:5×5,Amax7X7-Z502.38-4.895岳455 高L=3,^=3×3,ArI?×50617.33.土5674834 新L,A=5×5,mn?=7×731.40134305723 泊I,A=3×3,ArI?×5_2713.36914265矗j78 L=5,A:5X5,Am~=-7~7.2866451744906 说明:表1中.L表示一维中值滤波采用的窗口大小,A表 示二维中值滤波和均值滤波的窗口大小.Amax表示自适应中 值滤波的最大窗口. 在实验图像上分别添加椒盐,高斯,泊松噪声后,实验参数 的取值不同而得到不同的结果,具体的实验结果如表1所示. 结合图2及表1可知,对于椒盐噪声,中值滤波效果比均值滤波 效果好;从其信噪比改善因子的情况可以看出,对于高斯噪声, 均值滤波效果比传统的中值滤波效果略好:泊松噪声改善效果 介于二者之间.针对不同的图像特征和噪声,其采用的窗口不 同,滤波效果也不同.经过传统方法,平滑f特别是均值)滤波处 理之后,图像就会变得比较模糊.本文所提出的算法,在滤除噪 声的同时很好地保存了图像的原始信息,因此其信噪比改善因 子状况较好,图像的模糊程度有所降低. 5结论 本文针对传统图像平滑算法的优缺点,综合均值滤波和中 值滤波的优点,提出了一种自适应窗口大小的中值滤波算法. 该算法在滤除噪声的同时能充分地保存图像的原始信息.从模 拟图像实验的效果以及信噪比改善因子的结果可见,该算法应 用简单,滤波效果比传统的滤波算法更为理想. 本文创新点:本文中的图像平滑算法是自动调整窗口大小 的方法.因为在一个邻域内,中心像素点与邻域点存在着很大 的相关性,通过比较窗口内象素的灰度值,便可以确定其是噪 声点还是被图像某边缘所包围的内部点.然后对这几种类型的 点通过调节窗口分别进行处理,便可达到在滤除噪声的同时保 护图像细节的目的. 参考文献: [1]FrankotR.LognormalRandomFieldModelsandTheirApp~ca— tionstoRadarImageSysthesis[J].IEEETransactionGeoseienee andRemoteSensing,1987,25(2):196—203. [2]阮秋琦.数字图像处理学[M1.北京:电子工业出版社, 2001.199—205.(_F转第237页) 一 218—360元/年邮局订阅号:82.946 软件时空 视图模块即JSP页面主要负责展现具体业务逻辑执行后 的结果,如话务员对知识的检索,浏览,对知识库留言等操作; 也包括知识库管理人员对树型节点的增加,更新,移动,删除等 操作.JSP页面的核心内容,即知识树是由业务BEAN根据具体 业务请求动态生成HTML,JavaScript代码并回写给JSP页面来 生成的.其中涉及到对数据库的读写操作. 控制器模块处于视图和模型中间,用来管理二者的交互. 在本系统中,控制器模块包括ServieeDat.jawt类和Exchange.xml 配置文件.当用户f话务员1通过JSP页面发出具体业务请求后, 传递参数给控制器模块,ServiceData类分析传人的参数信息, 根据不同的参数信息f业务请求1,通过Exclmnge.xml寻找相应 的处理模型,即具体的业务BEAN.找到后..把经过分析处理的 参数进一步传递给业务模型.如果没有找到,则返回提示信息, 提示用户该业务请求无法实现. 模型模块在本知识库系统中就是具体的业务BEAN,根据 控制器传来的不同的参数信息,来处理不同的业务请求,具体 如动态生成知识树等.如果涉及到访问数据库.则通过知识库 与数据库的接口程序访问数据库,操作相关数据并返回结果. 4.1数据库访问接口 当业务BEAN中的具体方法需要访问数据库时.本系统设 计为调用DBService类来实现.DBService类内部封装了JDBC, 使得数据库访问与具体业务分离.并且该类提供了多种操作数 据库的方法,如DoQue~0,DoUpdate0,DoProc0等,以满足不同业 务的需求.当业务BEAN中的方法通过DBService类发出连接 数据库的请求后,有三种途径可以与数据库相连.一是把要连 接的数据库信息f数据库名,用户名,密码等1传给DBService类 (即传给JDBC),通过JDBC直连的方式访问数据库,二是使用 WEB容器池自带的数据库连接访问数据库.三是通过使用独 立的数据库连接池(在本系统中称为POOLIdAN连接池)来访问 数据库. 4.2知识库管理 知识库管理系统负责对整个知识库的知识进行分类别,分 层次,分权限管理;负责对知识树的节点进行添加,修改,删除, 移动等操作;负责知识节点访问频率的统计和知识节点知识网 络的构建;负责与工作系统连接,实现咨询留单等功能.可以 说,知识库管理系统是知识库系统建设的关键所在 5结束语 客服系统是在由产品竞争转向服务竞争的背景下迅速发 展起来的,其对知识库的依赖程度很大,特别是支持型客服系 统.在某种程度上,知识库建设得好坏,直接影响着客服系统的 运营效率.知识库建设与业务相结合的同时,又要与客服系统 行业特点相结合,是客服系统知识库建设的难点.将知识库技 术和客服系统技术二者有机结合.真正开发出对业务有用的帮 助系统,具有很好的现实意义. 本文作者创新点:本文分析了知识库的发展现状.并将知识 库引入客服系统的建设与运营中,表达了建设客服系统知识库 的必要性.详细介绍了客服系统知识库的设计与实现,具有现 实意义. 参考文献: 【1]孔繁胜.知识库系统原理【M].浙江大学出版社,2002. 【2]何贤平,雷升印.基于J2EE架构的管理信息系统的设计与开 发fJ】.微计算机信息,2006(22) 作者简介:盂凡博(1980一),男,汉族,辽宁抚顺人,重庆邮电大学 通信学院硕士研究生,研究方向为网络通信与信息系统;刘进 6(1965—1,男,汉族,重庆人,重庆航天新世纪卫星应用技术有 限责任公司总经理,博士,研究方向为通讯,导航与自动控制. Biography:FanboMeng(1980-),Male(theHart),Fushun, LiaoningChina.MasterCandidate,TelecommunicationDepart— mentofChongqingUniversityofPostsandTelecommunications, MajorsintheNetworkCommunicationandInformationSystem; JinjiangLiu(1965一),Male(theHan),ChongqingChina. GemeralManager&Ph.D.,Tutor,ChongqingAerospaceNewCen— turySatelliteApplicationTechnologyCo.,Ltd.Majorsinthe Telecommunication,NavigationandAutomation (400065重庆重庆邮电大学)孟凡博 (401122重庆重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司, 刘进江 (ChongqingUniversityofPostsandT Chongqing400065,China)Mengfanbo (ChongqingAerospaceNewCenturySatelliteApplication TechnologyCo.,Ltd.Chongqing401122,China)Liujinjiang 通讯地址:(400065重庆邮电大学76信箱)孟凡博 (收稿日期:2006.1.3)(修稿日期:2007.2.5) (上接第218页) 【3]图像中的高斯和脉冲混合噪声处理赵波全厚德黄兴智罗 凡『J]微计算机信息 2005-21,11-3 【4】沈庭芳,方子文.数字图像处理及模式识别【MI.北京:北京理 工大学出版社,1998.42,53. 『5]唐良端,马全明等图像处理实用技术『M]北京:化学工业出 版社2001.1040,63 [6]孙即详.图像处理[M]北京:科学出版社2004:155,166 [7】张恒,雷志辉,丁晓华.一种改进的中值滤波算法『J】.中国图像 图形.2004.9(41:408411. 作者简介:张霞(1982一),女,安徽宿松县人,硕士研究生,主要 从事图像处理,计算机视觉等方向研究;葛芦生f1962—1,男,安 徽潜山县人,博士,教授,主要从事计算机视觉,人工智能等 研究方向. Biography:Zhang-xia(1982-),female,SusongCounty,Anhui province,apostgraduateforMasterdegree,main~engagesin imageprocessingandmachinevision,etc;GE-Lusheng(1962-), male,QianshanCounty,Afl}luiprovince,adoctor,aprofessor, mainlyengagesinmachinevisionandartificialintelligence,etc. (243OOO安徽安徽工业大学计算机学院)张霞 (243000安徽马鞍山安徽工业大学电气学院)葛芦生 通讯地址:(243002安徽安徽工业大学本部123#信箱)张霞 (收稿日:2006.1.3)(修稿日:2007.2.5) IIllI瘴用搠》将棘 每母毒110霉),_l?. 地址:j匕京海淀区皂君庙14号院鑫雅苑6号楼601室 微计算机信息杂志收邮编:100081 电话:010.62132436010?62192616(T/F) 蛰自控潮邮局订阅号:82.946360元,年一237—