OpenCV 自适应中值滤波及实现

中值滤波器（Median Filter）
　　中值滤波的思想就是比较一定领域内的像素值的大小，取出其中值作为这个领域的中心像素新的值。假设对一定领域内的所有像素从小到大进行排序，如果存在孤立的噪声点，比如椒盐噪声（椒噪声——较小的灰度值，呈现的效果是小黑点；盐噪声——较大的灰度值，呈现的效果是小白点），那么从小到大排序的这个数组中，那些孤立的噪声一定会分布在两边（要么很小，要么很大），这样子取出的中值点可以很好地保留像素信息，而滤除了噪声点的影响。
　　中值滤波器受滤波窗口大小影响较大，用于消除噪声和保护图像细节，两者会存在冲突。如果窗口较小，则能较好地保护图像中的一些细节信息，但对噪声的过滤效果就会打折扣；反之，如果窗口尺寸较大则会有较好的噪声过滤效果，但也会对图像造成一定的模糊效果，从而丢失一部分细节信息。另外，如果在滤波窗口内的噪声点的个数大于整个窗口内像素的个数，则中值滤波就不能很好的过滤掉噪声。

自适应中值滤波器（Adaptive Median Filter）
　　在噪声密度不是很大的情况下（根据经验，噪声的出现的概率小于0.2），使用中值滤波的效果不错。但是当噪声出现的概率比较高时，原来的中值滤波算法就不是很有效了。只有增大滤波器窗口尺寸，尽管会使图像变得模糊。
　　使用自适应中值滤波器的目的就是，根据预设好的条件，动态地改变中值滤波器的窗口尺寸，以同时兼顾去噪声作用和保护细节的效果。
　　下面是自适应中值滤波器算法的详细描述：
预先定义好以下符号：

直观解释
　　在自适应中值滤波算法中，A步骤里面会先判断是否满足Zmin<Zmed<ZmaxZmin<Zmed<Zmax。这一步骤实质是判断当前区域的中值点是否是噪声点，通常来说是满足Zmin<Zmed<ZmaxZmin<Zmed<Zmax这个条件的，此时中值点不是噪声点，跳转到B；考虑一些特殊情况，如果Zmed=ZminZmed=Zmin或者Zmed=ZmaxZmed=Zmax，则认为是噪声点，应该扩大窗口尺寸，在一个更大的范围内寻找一个合适的非噪声点，随后再跳转到B，否则输出的中值点是噪声点；
　　接下来考虑跳转到B之后的情况：判断中心点的像素值是否是噪声点，判断条件为Zmin<Zxy<ZmaxZmin<Zxy<Zmax，原理同上，因为如果Zxy=ZminZxy=Zmin或者Zxy=ZmaxZxy=Zmax，则认为是噪声点。如果不是噪声点，我们可以保留当前像素点的灰度值；如果是噪声点，则使用中值替代原始灰度值，滤去噪声。

程序实现
　　程序中定义了产生椒噪声和盐噪声函数，以及中值滤波和自适应中值滤波的函数。
程序很基础，不做赘述。

1 #include <stdio.h> 2 #include <opencv2/opencv.hpp> 3 #include <opencv2/highgui/highgui.hpp> 4 #include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp> 5 6 //盐噪声 7 void saltNoise(cv::Mat img, int n) 8 18 else if (img.type() == CV_8UC3) 19 24 } 25 } 26 27 //椒噪声 28 void pepperNoise(cv::Mat img, int n) 29 39 else if (img.type() == CV_8UC3) 40 45 } 46 } 47 48 // 中值滤波器 49 uchar medianFilter(cv::Mat img, int row, int col, int kernelSize) 50 58 } 59 sort(pixels.begin(), pixels.end()); 60 auto med = pixels[kernelSize*kernelSize / 2]; 61 return med; 62 } 64 // 自适应中值滤波器 65 uchar adaptiveMedianFilter(cv::Mat &img, int row, int col, int kernelSize, int maxSize) 66 74 } 75 76 sort(pixels.begin(), pixels.end()); 77 78 auto min = pixels[0]; 79 auto max = pixels[kernelSize*kernelSize 1]; 80 auto med = pixels[kernelSize*kernelSize / 2]; 81 auto zxy = img.at<uchar>(row, col); 82 if (med > min && med < max) 83 90 else 91 98 } 99 100 101 int main() 102 125 } 126 cv::imshow("adaptiveMedianFilter", img1); 127 128 // 中值滤波 129 cv::Mat img2; 130 int kernelSize = 3; 131 cv::copyMakeBorder(temp, img2, kernelSize / 2, kernelSize / 2, kernelSize / 2, kernelSize / 2, cv::BorderTypes::BORDER_REFLECT); 132 for (int j = kernelSize / 2;j < img2.rows kernelSize / 2;j++) 133 138 } 139 cv::imshow("medianFilter", img2); 140 141 cv::waitKey(); 142 cv::destroyAllWindows(); 143 144 return 0; 145 }

结果截图

原始图像和添加椒盐噪声后的图像。

　　其实截图中看不出很明显的区别，在自己电脑上运行后看结果会清楚点。可以看到使用普通中值滤波的结果相比另一个会模糊一些，且局部仍然会有一小的噪声点。图像边缘多出来的区域不好做中值滤波处理保留了原始图像，所以边缘那一圈仍然有噪声。

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