为什么要在下采样之前使用高斯核对图像进行模糊处理?

信息处理 图像处理 高斯 下采样 平滑
2022-01-03 11:14:21

我最近读到,在对图像进行下采样之前,应该使用高斯内核对其进行模糊处理。这样,下采样图像比仅从 NxN 块中挑选单个像素或对块进行平均要好。在这个网站和谷歌搜索后,我没有得到任何确切的答案。

但是有关于如何选择进行模糊的问题。阅读这些帖子的答案,我了解到必须根据采样定理进行下采样。没有模糊的下采样会导致混叠效果。σ

  1. 有人可以解释为什么在下采样之前必须模糊图像吗?我的意思是与采样定理的确切关系是什么。当图像被下采样而不模糊时会发生什么?我的意思是这些混叠效应是什么?如何在下采样图像中注意到它们?
  2. 为什么高斯模糊比块上的平均更好?

如果您能提供一些图像示例,我将不胜感激。Ans,我会很感激所有类型的答案,部分的,直观的,严谨的,任何东西。

谢谢!

2个回答

一般来说,图像“不应该使用高斯核来模糊”。

然而,对于许多基本的图像处理需求来说,这可能是一个安全的选择,当您想要控制下采样丢失的信息时,平滑几乎是强制性的。

模糊(通常,并非总是)是低通滤波的另一个词。当图像包含高频内容(快速变化)时,没有模糊的下采样会产生视觉上奇怪的、令人讨厌的混叠伪影或摩尔纹图案wikipedia Aliasing上有一个例子:原文

砖墙图案

和下采样,以相同的大小表示:

带有莫尔条纹的砖墙图案

右下角的波纹是粗心的蛮力下采样产生的低频伪影。模糊会削弱图像清晰度,使砖块之间的边界变暗,并减少明显的锯齿方面。

选择合适的模糊滤镜在图像处理中有着悠久的历史。由于“理论”连续图像的不同原因,高斯形状长期以来一直被认为是最优的。另外,它在空间和频域上都是递减和对称的。在时域中,这意味着较远的像素影响较小。在频域中,频率从低到高单调降低。

由于大多数图像都是离散化的,因此实际情况有所不同。由于高斯卷积过去计算量很大,因此早期的近似滤波器设计为具有短支持,例如从帕斯卡三角形中借来的。后来,设计了快速递归实现(Deriche、Shen 等)

我猜问题 1) 得到了回答。对于问题 2) 简单平均对窗口中的所有像素赋予相同的权重。因此,相对于较近的像素,较远的像素具有同等的重要性,这在图像表现出弱平稳性(如趋势、边缘和纹理)的区域中并不是最佳的。

根据(数字)采样定理,信号应该在被(下)采样之前适当地进行带宽限制。

一个实用的数字滤波器大致限制了信号的带宽,并使其充分适用于具有可容忍混叠的下采样。

高斯核非常适合作为低通滤波器,因为它具有许多不错的特性。高斯函数在数学上是易于处理的。它有足够的频率衰减。它的时域占用空间小。它几乎没有明显的人工制品。因此,在大多数典型的图像处理应用程序中,它是一种程序员的选择。