高斯滤波和高斯模糊

1.高斯分布

一维的高斯分布:

密度函数:

密度函数的图像:

分布函数:

 标准正态分布的概率密度:

当 μ=0,σ=1 时,

正态分布的一些性质:

2.二维高斯函数:

大致的图像如下:

二维随机变量的(X,Y)的联合概率密度:

称 (X,Y) 服从二元正态分布,记为 (X,Y)∼N(μ1,μ2,σ12,σ22,ρ) ,五个参数的取值范围为

−∞<μ1,μ2<+∞,   σ1,σ2>0,   −1≤ρ≤1

其中 ρ 是 X 和 Y 的相关系数,

3.多元正太分布

假设一个向量 x 服从均值向量为 μ、协方差矩阵为 Σ 的多元正态分布(multi-variate Gaussian distribution),则p

假设 

首先

其次

因此,二维高斯函数定义如下

更一般的定义为

 高斯模糊原理

 模糊就是每隔像素取周边像素的平均值,在数值上是一种平滑作用,在图形上相当于产生模糊效果,中间点失去细节。

很显然,计算平均值时,取周边范围越大,模糊效果越强烈。

每个点都取周边像素的平均值,那么如何分配周边像素的权重呢?如果使用简单平均,不合理,这样忽略了图像像素之间的连续性和相关性。图像都是连续的,越靠近的点关系越密切,越远离的点关系越疏远,因此距离近的点权重大,距离远的点权重小。显然,正态分布是一种可取权重分布模式。

计算平均值时,将中心点作为原点,其他点按照其在正态曲线上的位置,分配权重,就可以得到一个加权值。

权重矩阵:

为了计算权重矩阵,需要设定σ的值。假定σ=1.5,则模糊半径为1的权重矩阵如下:

 这9个点的权重总和等于0.4787147,如果只计算这9个点的加权平均,还必须让它们的权重之和等于1,因此上面9个值还要分别除以0.4787147,得到最终的权重矩阵。

计算高斯模糊:

假设现有9个像素点,灰度值(0-255)如下:

 每个点乘以自己的权重值(协相关运算、矩阵点乘):

将这9个值加起来,就是中心点的高斯模糊的值。对所有点重复这个过程,就得到了高斯模糊后的图像。如果原图是彩色图片,可以对RGB三个通道分别做高斯模糊。 

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