给定一个缩小的图像,产生原始图像的高斯模糊

信息处理 图像处理 卷积
2022-02-05 16:27:28

假设我使用某种大小的高斯核对图像执行卷积。

是否可以从图像的缩小版本中产生完全相同的结果?如果是这样,它的最小尺寸是多少?

我不是在寻找确切的答案,我应该开始寻找的一些方向就足够了。(我有一些基本的 DSP 和图像处理知识,但除此之外没有太多。)

编辑:一个密切相关的问题是 - 高斯模糊是否会丢失信息,即不可能从模糊图像中重建原始图像?

4个回答

我不认为你能做到这一点。您可能会得到类似的结果,因为您无法通过肉眼判断它们是不同的。

我认为你不能做你想做的事情的原因是:想象你缩小(缩小采样,基本上是扔掉像素)图像,应用模糊,放大图像。现在假设您对原始图像应用模糊。如果这两个相同,那么您可以对两个图像进行反卷积并从它们两个中恢复原始图像。

这将是有史以来最好的压缩格式。缩小 16 倍,模糊。小文件,通过电子邮件发送。放大 16 倍,去模糊,原始图像。见鬼,为什么停在16X?您可以将所有图像压缩到每个像素并能够恢复它们。

不幸的是,事情并非如此。缩减将(必须)丢弃数据,并且您无法恢复它。

因此,缩小和模糊的图像将与模糊的原始图像不同。

出于问题的目的,缩小可以被认为是一个低通滤波器,这样更容易思考,也因为模糊和缩小的顺序对结果没有影响。

高斯模糊卷积核具有二维傅里叶变换,它也是二维高斯函数。高斯函数具有永远衰减的尾部,永远不会一直到零值。在原始分辨率中,将通过(正确完成)缩小而永久消除的高空间频率因此将被衰减,但不会被高斯模糊完全消除。擦除高斯模糊后留下的内容是由于缩小导致的可量化误差的来源,您需要制定一个度量来描述该误差并确定其可接受的水平。

对于第一个问题,答案是否定的。取一个类似狄拉克的图像,即除了一个像素之外的所有地方都为零。它的高斯滤波将是相同的高斯。但是任何整数子采样,从适当的移位开始,都能够破坏狄拉克,并产生一个零图像。任何后续滤波都不能产生上述高斯。

对于第二个问题:高斯模糊会丢失信息吗?理论上不会,因为高斯核在频域中不会消失。 在此处输入图像描述 从理论上讲,您可以将模糊图像(在频域中)除以已知高斯核的傅里叶变换并反转傅里叶变换。这被称为“Division Bell”(对你头像图片的双关语),因为高斯有时被称为贝尔曲线

但在实践中是的。如果你成功了,你会很幸运:图像的大小是有限的,内核通常是近似已知的,并且你有噪声。因此,由于高斯在高频中的低幅度谱,噪声很可能会爆炸。

当您对图像进行高斯模糊时,其频谱会看到其高频随着高斯频谱而降低,因此它们的幅度会迅速下降到量化限制以下并且可以被视为归零。

如果您在奈奎斯特频率上进行二次采样,则可以完美重建模糊图像。

直观地说,允许的子采样率应该是σ/b, 在哪里b是有效位数。


是的,高斯模糊确实会因为截断(量化)错误而丢失信息。