实验名称

图像去噪

实验目的

1、掌握算术均值滤波器、几何均值滤波器、谐波和逆谐波均值滤波器进行图像去噪的算法

2、掌握利用中值滤波器进行图像去噪的算法

3、掌握自适应中值滤波算法

4、掌握自适应局部降低噪声滤波器去噪算法

5、掌握彩色图像去噪步骤

实验内容

1、均值滤波

具体内容：利用 OpenCV 对灰度图像像素进行操作，分别利用算术均值滤波器、几何均值滤波器、谐波和逆谐波均值滤波器进行图像去噪。模板大小为5*5。（注：请分别为图像添加高斯噪声、胡椒噪声、盐噪声和椒盐噪声，并观察滤波效果）

2、中值滤波

具体内容：利用 OpenCV 对灰度图像像素进行操作，分别利用 5*5 和 9*9尺寸的模板对图像进行中值滤波。（注：请分别为图像添加胡椒噪声、盐噪声和椒盐噪声，并观察滤波效果）

3、自适应均值滤波。

具体内容：利用 OpenCV 对灰度图像像素进行操作，设计自适应局部降低噪声滤波器去噪算法。模板大小 7*7（对比该算法的效果和均值滤波器的效果）

4、自适应中值滤波

具体内容：利用 OpenCV 对灰度图像像素进行操作，设计自适应中值滤波算法对椒盐图像进行去噪。模板大小 7*7（对比中值滤波器的效果）

5、彩色图像均值滤波

具体内容：利用 OpenCV 对彩色图像 RGB 三个通道的像素进行操作，利用算术均值滤波器和几何均值滤波器进行彩色图像去噪。模板大小为 5*5。

实验完成情况

1、 实验步骤：先为灰度图像添加高斯噪声、胡椒噪声、盐噪声和椒盐噪声，再分别利用算术均值滤波器、几何均值滤波器、谐波和逆谐波均值滤波器进行图像去噪。模板大小为5*5。

核心代码如下：

添加各类噪声：

IplImage* AddGuassianNoise(IplImage* src)    //添加高斯噪声

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

IplImage* noise = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

CvRNG rng = cvRNG(-1);

cvRandArr(&rng,noise,CV_RAND_NORMAL,cvScalarAll(0),cvScalarAll(15));

cvAdd(src,noise,dst);

return dst;

}

IplImage* AddPepperNoise(IplImage* src)      //添加胡椒噪声，随机黑色点

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvCopy(src, dst);

for(int k=0; k<8000; k++)

{

int i = rand()%src->height;

int j = rand()%src->width;

CvScalar s = cvGet2D(src, i, j);

if(src->nChannels == 1)

{

s.val[0] = 0;

}

else if(src->nChannels==3)

{

s.val[0]=0;

s.val[1]=0;

s.val[2]=0;

}

cvSet2D(dst, i, j, s);

}

return dst;

}

IplImage* AddSaltNoise(IplImage* src)       //添加盐噪声，随机白色点

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvCopy(src, dst);

for(int k=0; k<8000; k++)

{

int i = rand()%src->height;

int j = rand()%src->width;

CvScalar s = cvGet2D(src, i, j);

if(src->nChannels == 1)

{

s.val[0] = 255;

}

else if(src->nChannels==3)

{

s.val[0]=255;

s.val[1]=255;

s.val[2]=255;

}

cvSet2D(dst, i, j, s);

}

return dst;

}

IplImage* AddPepperSaltNoise(IplImage* src)    //添加椒盐噪声，随机黑白点

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvCopy(src, dst);

for(int k=0; k<8000; k++)

{

int i = rand()%src->height;

int j = rand()%src->width;

int m = rand()%2;

CvScalar s = cvGet2D(src, i, j);

if(src->nChannels == 1)

{

if(m==0)

{

s.val[0] = 255;

}

else

{

s.val[0] = 0;

}

}

else if(src->nChannels==3)

{

if(m==0)

{

s.val[0]=255;

s.val[1]=255;

s.val[2]=255;

}

else

{

s.val[0]=0;

s.val[1]=0;

s.val[2]=0;

}

}

cvSet2D(dst, i, j, s);

}

return dst;

}

各类滤波器实现：

//算术均值滤波器——模板大小5*5

IplImage* ArithmeticMeanFilter(IplImage* src)

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvSmooth(src,dst,CV_BLUR,5);

return dst;

}

//几何均值滤波器——模板大小5*5

IplImage* GeometryMeanFilter(IplImage* src)

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

int row, col;

int h=src->height;

int w=src->width;

double mul[3];

double dc[3];

int mn;

//计算每个像素的去噪后color值

for(int i=0;i<src->height;i++){

for(int j=0;j<src->width;j++){

mul[0]=1.0;

mn=0;

//统计邻域内的几何平均值，邻域大小5*5

for(int m=-2;m<=2;m++){

row = i+m;

for(int n=-2;n<=2;n++){

col = j+n;

if(row>=0&&row<h && col>=0 && col<w){

CvScalar s = cvGet2D(src, row, col);

mul[0] = mul[0]*(s.val[0]==0?1:s.val[0]);   //邻域内的非零像素点相乘

mn++;

}

}

}

//计算1/mn次方

CvScalar d;

dc[0] = pow(mul[0], 1.0/mn);

d.val[0]=dc[0];

//统计成功赋给去噪后图像。

cvSet2D(dst, i, j, d);

}

}

return dst;

}

//谐波均值滤波器——模板大小5*5

IplImage* HarmonicMeanFilter(IplImage* src)

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

int row, col;

int h=src->height;

int w=src->width;

double sum[3];

double dc[3];

int mn;

//计算每个像素的去噪后color值

for(int i=0;i<src->height;i++){

for(int j=0;j<src->width;j++){

sum[0]=0.0;

mn=0;

//统计邻域,5*5模板

for(int m=-2;m<=2;m++){

row = i+m;

for(int n=-2;n<=2;n++){

col = j+n;

if(row>=0&&row<h && col>=0 && col<w){

CvScalar s = cvGet2D(src, row, col);

sum[0] = sum[0]+(s.val[0]==0?255:255/s.val[0]);

mn++;

}

}

}

CvScalar d;

dc[0] = mn*255/sum[0];

d.val[0]=dc[0];

//统计成功赋给去噪后图像。

cvSet2D(dst, i, j, d);

}

}

return dst;

}

//逆谐波均值大小滤波器——模板大小5*5

IplImage* InverseHarmonicMeanFilter(IplImage* src)

{

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

//cvSmooth(src,dst,CV_BLUR,5);

int row, col;

int h=src->height;

int w=src->width;

double sum[3];

double sum1[3];

double dc[3];

double Q=2;

//计算每个像素的去噪后color值

for(int i=0;i<src->height;i++){

for(int j=0;j<src->width;j++){

sum[0]=0.0;

sum1[0]=0.0;

//统计邻域

for(int m=-2;m<=2;m++){

row = i+m;

for(int n=-2;n<=2;n++){

col = j+n;

if(row>=0&&row<h && col>=0 && col<w){

CvScalar s = cvGet2D(src, row, col);

sum[0] = sum[0]+pow(s.val[0]/255, Q+1);

sum1[0] = sum1[0]+pow(s.val[0]/255, Q);

}

}

}

//计算1/mn次方

CvScalar d;

dc[0] = (sum1[0]==0?0:(sum[0]/sum1[0]))*255;

d.val[0]=dc[0];

//统计成功赋给去噪后图像。

cvSet2D(dst, i, j, d);

}

}

return dst;

}

实验结果如图所示：(从左至右，从上至下分别为原图像、加噪图像、算术均值处理图像、几何均值处理图像、谐波均值处理图像、逆谐波均值处理图像)

(1)高斯噪声：

(2)胡椒噪声：

(3)盐噪声

(4)椒盐噪声

2、 实验步骤：先为灰度图像添加胡椒噪声、盐噪声和椒盐噪声，再分别利用5*5 和 9*9尺寸的模板对图像进行中值滤波。

核心代码如下：

IplImage* MedianFilter_5_5(IplImage* src){

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvSmooth(src,dst,CV_MEDIAN,5);

return dst;

}

IplImage* MedianFilter_9_9(IplImage* src){

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvSmooth(src,dst,CV_MEDIAN,9);

return dst;

}

实验结果如下图（灰度图像和加噪图像第一问中已给出，下面只列出分别利用5*5 和 9*9尺寸的模板对图像进行中值滤波后的图像）：

灰度图像加胡椒噪声，分别利用5*5 和 9*9尺寸的模板对图像进行中值滤波。

灰度图像加盐噪声，分别利用5*5 和 9*9尺寸的模板对图像进行中值滤波。

灰度图像加椒盐噪声，分别利用5*5 和 9*9尺寸的模板对图像进行中值滤波。

3、 实验步骤：自适应均值滤波（以高斯噪声为例），先为灰度图像添加高斯噪声，再利用7*7尺寸的模板对图像进行自适应均值滤波。

核心代码如下：

IplImage* SelfAdaptMeanFilter(IplImage* src){

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

cvSmooth(src,dst,CV_BLUR,7);

int row, col;

int h=src->height;

int w=src->width;

int mn;

double Zxy;

double Zmed;

double Sxy;

double Sl;

double Sn=100;

for(int i=0;i<src->height;i++){

for(int j=0;j<src->width;j++){

CvScalar xy = cvGet2D(src, i, j);

Zxy = xy.val[0];

CvScalar dxy = cvGet2D(dst, i, j);

Zmed = dxy.val[0];

Sl=0;

mn=0;

for(int m=-3;m<=3;m++){

row = i+m;

for(int n=-3;n<=3;n++){

col = j+n;

if(row>=0&&row<h && col>=0 && col<w){

CvScalar s = cvGet2D(src, row, col);

Sxy = s.val[0];

Sl = Sl+pow(Sxy-Zmed, 2);

mn++;

}

}

}

Sl=Sl/mn;

CvScalar d;

d.val[0]=Zxy-Sn/Sl*(Zxy-Zmed);

cvSet2D(dst, i, j, d);

}

}

return dst;

}

实验结果如图：

4、 实验步骤：自适应中值滤波（以椒盐噪声为例），先为灰度图像添加椒盐噪声，再利用7*7尺寸的模板对图像进行自适应中值滤波。

核心代码如下：

IplImage* SelfAdaptMedianFilter(IplImage* src){

IplImage* dst = cvCreateImage(cvGetSize(src),src->depth,src->nChannels);

int row, col;

int h=src->height;

int w=src->width;

double Zmin,Zmax,Zmed,Zxy,Smax=7;

int wsize;

//计算每个像素的去噪后color值

for(int i=0;i<src->height;i++){

for(int j=0;j<src->width;j++){

//统计邻域

wsize=1;

while(wsize<=3){

Zmin=255.0;

Zmax=0.0;

Zmed=0.0;

CvScalar xy = cvGet2D(src, i, j);

Zxy=xy.val[0];

int mn=0;

for(int m=-wsize;m<=wsize;m++){

row = i+m;

for(int n=-wsize;n<=wsize;n++){

col = j+n;

if(row>=0&&row<h && col>=0 && col<w){

CvScalar s = cvGet2D(src, row, col);

if(s.val[0]>Zmax){

Zmax=s.val[0];

}

if(s.val[0]<Zmin){

Zmin=s.val[0];

}

Zmed=Zmed+s.val[0];

mn++;

}

}

}

Zmed = Zmed/mn;

CvScalar d;

if((Zmed-Zmin)>0 && (Zmed-Zmax)<0){

if((Zxy-Zmin)>0 && (Zxy-Zmax)<0){

d.val[0]=Zxy;

}else{

d.val[0]=Zmed;

}

cvSet2D(dst, i, j, d);

break;

} else {

wsize++;

if(wsize>3){

CvScalar d;

d.val[0]=Zmed;

cvSet2D(dst, i, j, d);

break;

}

}

}

}

}

return dst;

}

实验结果如图：

5、 实验步骤：利用 OpenCV 对彩色图像 RGB 三个通道的像素进行操作，利用算术均值滤波器和几何均值滤波器进行彩色图像去噪。模板大小为 5*5。

实验代码参照问题一，选择彩色图片、算术均值滤波器和几何均值滤波器进行彩色图像去噪。

实验结果如下图（以椒盐噪声为例）：

利用算术均值滤波器：

利用几何均值滤波器：

实验中的问题

实验问题：几何均值滤波以及谐波、逆谐波滤波没有对应的库函数

解决方法：通过学习书本对应章节，根据公式写出程序

实验结果