Реферат: Программа фильтрации шумов
Задание.
Создать программу, осуществляющую фильтрацию шумов врастровых изображениях методами усредняющего, порогового и медианного фильтров.
Программа написана на языкеObject Pascal и выполняется в среде Win32. Общий вид программы показан на рис.№ 1.
/>
Рис. № 2. Общий вид главного окна программы c загруженнымисходным изображением.
1. Усредняющий фильтp.
Алгоритм работы усредняющего фильтра заключается в заменезначения яркости в
текущем пикселе на среднюю яркость, вычисленную по его 8окрестностям, включая и сам элемент. Этот фильтр является самым простым. Кнедостаткам его можно отнести сглаживание ступенчатых и пилообразных функций.Кроме того пиксели, имеющее существенно отличное значение яркости и являющимисяшумовыми могут вносить значительный вклад в результат обработки.
Реализация фильтра представлена в виде процедуры:
Procedure AverageFilter(Value:Integer);
Данная процедура осуществляет алгоритм усредняющегофильтра применительно к объекту TBitmap. В него предварительно должна бытьзагружено изображение (Рис. № 2). Результат работы усредняющего фильтра можноувидеть на рис. № 3. Параметр Value – порог при котором производятсяманипуляции с пикселом.
Procedure TMainForm.AverageFilter;
var
PrevisionLine:pByteArray;
CurrentLine:pByteArray;
NextLine:pByteArray;
I,J:Integer;
Summ:Integer;
begin
if Image1.Picture.Bitmap.PixelFormat = pf8bit then
begin
for I := 0 to Image1.Picture.Bitmap.Height — 1 do
begin
CurrentLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[I];
for J := 0 to Image1.Picture.Bitmap.Width — 1 do
begin
Summ := 0;
if I > 0 then
begin
PrevisionLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[I — 1];
if J > 0 then
begin
Summ := Summ + PrevisionLine^[J — 1];
end;
Summ := Summ + PrevisionLine^[J];
if J + 1 < Image1.Picture.Bitmap.Width then
begin
Summ := Summ + PrevisionLine^[J + 1];
end;
end;
if J > 0 then
begin
Summ := Summ + CurrentLine^[J — 1];
end;
Summ := Summ + CurrentLine^[J];
if J + 1 < Image1.Picture.Bitmap.Width then
begin
Summ := Summ + CurrentLine^[J + 1];
end;
if I + 1 < Image1.Picture.Bitmap.Height then
begin
NextLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[I + 1];
if J > 0 then
begin
Summ := Summ + NextLine^[J — 1];
end;
Summ := Summ + NextLine^[J];
if J + 1 < Image1.Picture.Bitmap.Width then
begin
Summ := Summ + NextLine^[J + 1];
end;
end;
if (Summ div 9) <= Value then
CurrentLine^[J] := Summ div 9;
end;
end;
Image1.Visible := False;
Image1.Visible := True;
N4.Enabled := True;
end
else
MessageBox(Handle,'Такой формат файла пока неподерживается...',
'Слабоват я пока...',MB_OK or MB_ICONSTOP orMB_APPLMODAL);
end;
/>
Рис. № 3. Результат работы усредняющего фильтра.
2. Пороговый фильтр.
Пороговый фильтр является модификацией усредняющего, иотличие заключается
том, что замена значения яркости на среднее производитсятолько в том случае, если разность между значением яркости и полученным среднимпревышает установленный порог. Выбор порога осуществляется в специальномдиалоговом окне (Рис. 4). Для произведения фильтрации используется процедураAverageFilter, показанная в пункте 1.
/>
Рис. № 4.Выбор коэффициента усреднения порогового фильтра.
/>
Рис. № 5. Результат работы порогового фильтра.
3. Медианный фильтр.
Одномерный медианный фильтр представляет собой скользящееокно охватывающее нечетное число элементов изображения. Центральный элементзаменяется медианой элементов изображения в окне. Медианой дискретнойпоследовательности М элементов при нечетном 1 называют элемент, для которогосуществует (М-1)/2 элементе меньших или равных ему по величине и (М-1)/2элементов больших или равных ему по величине.
Медианный фильтр в одних случаях обеспечивает подавлениешума, а в других — вызывает нежелательное подавление сигнала. Медианный фильтрне влияет на пилообразные и ступенчатые функции, что обычно является полезнымсвойством, однако он подавляет импульсные сигналы, длительность которыхсоставляет менее половины ширины окна. Фильтр также вызывает уплощение вершинытреугольной функции.
Возможны различные стратегии применения медианного фильтрадля подавления шумов. Одна из них рекомендует начинать с медианного фильтра,окно которого охватывает три элемента изображения. Если ослабление сигналанезначительно, то окно расширяется до пяти элементов. Так поступают до тех пор,пока медианная фильтрация начнет приносить больше вреда, чем пользы. Другаявозможность состоит в каскадной медианной фильтрации сигнала с использованиемфиксированной или изменяемой ширины окна. В общем случае те области, которыеостаются без изменения после однократной обработки, не меняются и послеповторной обработки. Области, в которых длительность импульсных сигналовсоставляет менее половины ширины окна, будут подвергаться изменениям послекаждого цикла обработки. Концепцию медианного фильтра можно легко обобщить надва измерения, применяя окно прямоугольной или близкой к круговой формы.
Для реализации медианного фильтра используется следующийкод:
procedure TMainForm.N16Click(Sender: TObject);
var
PixelArray:array of Byte;
Value:Byte;
CurrentLine:pByteArray;
BoxCurrentLine:pByteArray;
Vert,Hor:Integer;
VertB,HorB:Integer;
Counter:Integer;
Temp:Byte;
begin
ValueForm.Caption := 'Размер окна фильтра n X n';
ValueForm.TrackBar1.Min := 3;
ValueForm.TrackBar1.Max := 9;
ValueForm.TrackBar1.Frequency := 2;
ValueForm.Edit1.ReadOnly := True;
if ValueForm.Execute(Value) then
begin
SetLength(PixelArray,Value*Value);
if Image1.Picture.Bitmap.PixelFormat = pf8bit then
begin
for Vert := 0 to Image1.Picture.Bitmap.Height — 1 do
begin
CurrentLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[Vert];
for Hor := 0 to Image1.Picture.Bitmap.Width — 1 do
begin
// Заносим все пиксели окошка в массив
Counter := 0;
for VertB := (Vert — (Value div 2)) to (Vert + (Value div2)) do
begin
if (VertB >= 0) and (VertB <Image1.Picture.Bitmap.Height) then
BoxCurrentLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[VertB];
for HorB := (Hor — (Value div 2)) to (Hor + (Value div 2))do
begin
if (HorB >= 0) and (VertB >= 0) and
(HorB < Image1.Picture.Bitmap.Width) and
(VertB < Image1.Picture.Bitmap.Height) then
PixelArray[Counter] := BoxCurrentLine^[HorB]
else
PixelArray[Counter] := 0;
Inc(Counter);
end;
end;
// Сортируем массив
for VertB := 0 to Value*Value — 1 do
begin
for HorB := VertB to Value*Value — 1 do
begin
if PixelArray[VertB] > PixelArray[HorB] then
begin
Temp := PixelArray[VertB];
PixelArray[VertB] := PixelArray[HorB];
PixelArray[HorB] := Temp;
end;
end;
end;
// Берем то что посередине и присваиваем текущему пикселю
CurrentLine^[Hor] := PixelArray[((Value*Value) div 2) +1];
end;
end;
Image1.Visible := False;
Image1.Visible := True;
N4.Enabled := True;
end
else
MessageBox(Handle,'Такой формат файла пока неподдерживается...',
'Слабоват я пока...',MB_OK or MB_ICONSTOP orMB_APPLMODAL);
end;
end;
Результат работы фильтра можно увидеть на рис. № 6.
/>
Рис. № 6. Начало работы медианного фильтра – запрос наразмер окна фильтра.
4. Заполнение объекта другим цветом.
Для упрощения алгоритма слудующая процедура заполняетграфические объекты только белым цветом, однако путем простого добавлениядиалогового окна с вопросом о цвете заполнения можно добиться заполненияобъектов любым цветом.
procedure TMainForm.Image1MouseDown(Sender: TObject;Button: TMouseButton;
Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
var
TargetPixel:Byte;
ChangeCount:Integer;
CurrentLine:pByteArray;
PrevLine:pByteArray;
NextLine:pByteArray;
YOffset, XOffset:Integer;
begin
if Image1.Picture.Bitmap.PixelFormat = pf8bit then
begin
// Запоминаем значение пиксела на котором щелкнули мышкой
TargetPixel :=pByteArray(Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[Y])^[X];
YOffset := 0;
// Пока число замен не станет равным 0 двигаемся вверх
repeat
ChangeCount := 0;
if Y — YOffset < 0 then
Break;
// Берем линию
CurrentLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[Y — YOffset];
PrevLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[Y — YOffset — 1];
if PrevLine[X] <> TargetPixel then
Break;
XOffset := 0;
// Заполняем влево ее пока не дойдем до границы объекта
if X — 1 >= 0 then
while CurrentLine^[X — XOffset — 1] = TargetPixel do
begin
CurrentLine^[X — XOffset] := 255;
Inc(XOffset);
Inc(ChangeCount);
if X — XOffset — 1 < 0 then
Break;
end;
XOffset := 0;
// Заполняем вправо ее пока не дойдем до границы объекта
if X + 1 < Image1.Picture.Bitmap.Width — 1 then
while CurrentLine^[X + XOffset + 1] = TargetPixel do
begin
CurrentLine^[X + XOffset] := 255;
Inc(XOffset);
Inc(ChangeCount);
if X + XOffset + 1 > Image1.Picture.Bitmap.Width — 1then
Break;
end;
Inc(YOffset);
until ChangeCount = 0;
YOffset := 1;
// Пока число замен не станет равным 0 двигаемся вниз
repeat
ChangeCount := 0;
if Y + YOffset > Image1.Picture.Bitmap.Width — 1 then
Break;
// Берем линию
CurrentLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[Y +YOffset];
NextLine := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[Y + YOffset +1];
if NextLine[X] <> TargetPixel then
Break;
XOffset := 0;
// Заполняем влево ее пока не дойдем до границы объекта
if X — 1 >= 0 then
while CurrentLine^[X — XOffset — 1] = TargetPixel do
begin
CurrentLine^[X — XOffset] := 255;
Inc(XOffset);
Inc(ChangeCount);
if X — XOffset — 1 < 0 then
Break;
end;
XOffset := 0;
// Заполняем вправо ее пока не дойдем до границы объекта
if X + 1 < Image1.Picture.Bitmap.Width — 1 then
while CurrentLine^[X + XOffset + 1] = TargetPixel do
begin
CurrentLine^[X + XOffset] := 255;
Inc(XOffset);
Inc(ChangeCount);
if X + XOffset + 1 > Image1.Picture.Bitmap.Width — 1then
Break;
end;
Inc(YOffset);
until ChangeCount = 0;
Image1.Visible := False;
Image1.Visible := True;
end;
end;
Результаты работы программы можно увидеть на рис. № 8 и №9.
/>
Рис. № 8. Исходное изображение для заполнения.
/>
Рис. № 9. Результат заполнения.
5. Инверсия.
Ну и напоследок сделаем инверсию нашего изображения (Рис.10, 11):
procedure TMainForm.N7Click(Sender: TObject);
var
Line:pByteArray;
I,J:Integer;
Bits:Byte;
begin
Bits := 1;
for I :=0 to Image1.Picture.Bitmap.Height — 1 do
begin
Line := Image1.Picture.Bitmap.ScanLine[I];
case Image1.Picture.Bitmap.PixelFormat of
pf4bit:Bits := 1;
pf8bit:Bits := 1;
pf15bit:Bits := 2;
pf16bit:Bits := 2;
pf24bit:Bits := 3;
pf32bit:Bits := 4;
end;
for J :=0 to Image1.Picture.Bitmap.Width * Bits — 1 do
Line^[J] := 255 — Line^[J];
end;
Image1.Visible := False;
Image1.Visible := True;
N4.Enabled := True;
end;
/>
Рис. № 10. Исходное изображение для инверсии.
/>
Рис. № 11. Результат инверсии изображения.