OpenCV图像平滑处理

目标

本教程教您怎样使用各种线性滤波器对图像进行平滑处理，相关OpenCV函数如下:

原理

Note

以下原理来源于Richard Szeliski 的著作 Computer Vision: Algorithms and Applications 以及 Learning OpenCV

平滑也称模糊, 是一项简单且使用频率很高的图像处理方法。
平滑处理的用途有很多，但是在本教程中我们仅仅关注它减少噪声的功用 (其他用途在以后的教程中会接触到)。
平滑处理时需要用到一个 滤波器 。最常用的滤波器是线性滤波器，线性滤波处理的输出像素值 (i.e. $OpenCV图像平滑处理$ ) 是输入像素值 (i.e. $OpenCV图像平滑处理$ )的加权和 :

$OpenCV图像平滑处理$ 称为核, 它仅仅是一个加权系数。

不妨把 滤波器 想象成一个包含加权系数的窗口，当使用这个滤波器平滑处理图像时，就把这个窗口滑过图像。
滤波器的种类有很多，这里仅仅提及最常用的:

归一化块滤波器 (Normalized Box Filter)

最简单的滤波器，输出像素值是核窗口内像素值的均值 ( 所有像素加权系数相等)
核如下:

高斯滤波器 (Gaussian Filter)

最有用的滤波器 (尽管不是最快的)。高斯滤波是将输入数组的每一个像素点与 高斯内核 卷积将卷积和当作输出像素值。
还记得1维高斯函数的样子吗?

假设图像是1维的,那么观察上图，不难发现中间像素的加权系数是最大的，周边像素的加权系数随着它们远离中间像素的距离增大而逐渐减小。

Note

2维高斯函数可以表达为 :

OpenCV图像平滑处理

其中 $OpenCV图像平滑处理$ 为均值 (峰值对应位置)， $OpenCV图像平滑处理$ 代表标准差 (变量 $OpenCV图像平滑处理$ 和变量 $OpenCV图像平滑处理$ 各有一个均值，也各有一个标准差)

中值滤波器 (Median Filter)

中值滤波将图像的每个像素用邻域 (以当前像素为中心的正方形区域)像素的中值代替。

双边滤波 (Bilateral Filter)

目前我们了解的滤波器都是为了平滑图像，问题是有些时候这些滤波器不仅仅削弱了噪声，连带着把边缘也给磨掉了。为避免这样的情形 (至少在一定程度上 ), 我们可以使用双边滤波。
类似于高斯滤波器，双边滤波器也给每一个邻域像素分配一个加权系数。这些加权系数包含两个部分, 第一部分加权方式与高斯滤波一样，第二部分的权重则取决于该邻域像素与当前像素的灰度差值。
详细的解释可以查看链接

源码

本程序做什么?
- 装载一张图像
- 使用4种不同滤波器 (见原理部分) 并显示平滑图像
下载代码: 点击这里
代码一瞥:

#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"

using namespace std;
using namespace cv;

/// 全局变量
int DELAY_CAPTION = 1500;
int DELAY_BLUR = 100;
int MAX_KERNEL_LENGTH = 31;

Mat src; Mat dst;
char window_name[] = "Filter Demo 1";

/// 函数申明
int display_caption( char* caption );
int display_dst( int delay );

/**
 *  main 函数
 */
 int main( int argc, char** argv )
 {
   namedWindow( window_name, CV_WINDOW_AUTOSIZE );

   /// 载入原图像
   src = imread( "../images/lena.jpg", 1 );

   if( display_caption( "Original Image" ) != 0 ) { return 0; }

   dst = src.clone();
   if( display_dst( DELAY_CAPTION ) != 0 ) { return 0; }

   /// 使用 均值平滑
   if( display_caption( "Homogeneous Blur" ) != 0 ) { return 0; }

   for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
       { blur( src, dst, Size( i, i ), Point(-1,-1) );
         if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 0; } }

    /// 使用高斯平滑
    if( display_caption( "Gaussian Blur" ) != 0 ) { return 0; }

    for ( int i = 1; i < MAX_KERNEL_LENGTH; i = i + 2 )
        { GaussianBlur( src, dst, Size( i, i ), 0, 0 );
          if( display_dst( DELAY_BLUR ) != 0 ) { return 