Odstranění šumu

Odstranění šumu, potlačení šumu nebo redukce šumu je proces, který se pokouší odstranit ze signálu šum. Obecně lze říci, že techniky k tomu používané jsou velmi podobné, přesto však znalost charakteristik šumu a typu signálu může pomoci k výběru konkrétní metody.

[editovat] Obraz

Zašuměný obraz, vyznačena část, kde byl šum odstraněn

Jedná se například o obraz z digitálních nebo filmových kamer, kde je k dispozici pouze jediná realizace snímku (nelze tedy použít průměrování více snímků).

[editovat] Typy šumu

V obraze rozeznáváme nejčastěji dva typy šumu:

• náhodný šum, také nezávislý šum, je způsoben například vadnými CCD elementy (příkladem tohoto typu šumu je šum typu „sůl a pepř“)
• Gaussův šum, také závislý šum, kde je každý pixel obrazu mírně pozměněn

[editovat] Metody odstranění

U barevných obrazů je třeba vhodně zvolit barevný model, na jehož složky budou metody aplikovány. Metody odstranění šumu můžeme rozdělit následovně:

[editovat] Lineární filtry

• Gaussův filtr

Ukázka konvoluční matice Gaussovy funkce pro okolí 10 pixelů a směrodatnou odchylku 1,8.

Jedna z metod odstranění šumu je konvoluce s maskou, která se skládá z elementů určených Gaussovou funkcí. Tato metoda vede k rozmazání obrázku, což může být pro další zpracování obrazu problém (například pro detekci hran). Je to efektivní technika k potlačení Gaussova šumu.

2D Gaussova funkce:

• průměrování

Hodnota každého pixelu je určena průměrem jeho a jeho nejbližších sousedů. Opět vede k rozmazání obrazu. Jako Gaussův filtr je efektní k potlačení Gaussova šumu. Je to vlastně speciální případ Gaussova filtru s nekonečnou směrodatnou odchylkou ().

• dolní propusť (low-pass filter)

Ukázka konvoluční matice dolní propusti pro okolí 10 pixelů a propouštějící 1/3 nejnižších frekvencí.

Propustí jen nízké frekvence (šum je zpravidla vysokofrekvenční). Je možné ji provést buď postupně konvolucí přímo na obraze s malou konvoluční maticí (získanou například inverzní Fourierovou transformací z frekvenční charakteristiky filtru) nebo násobením celé frekvenční charakteristiky filtru s celou frekvenční charakteristikou obrazu (získanou například Fourierovou transformací).

[editovat] Nelineární filtry

Příkladem nelineárního filtru je mediánový filtr nebo rank-order filtry. Mediánový filtr vezme pro každý pixel obrazu jeho okolí. Ze všech těch pixelů vybere medián, který se stává novou hodnotou zpracovávaného pixelu. Rank-order filtr pracuje podobně, ale nevybírá ze seřazených pixelů okolí medián (ležící přesně uprostřed) ale jinou hodnotu (ležící například ve dvou třetinách). V případě barevného obrazu se pixely porovnávají podle váženého průměru kanálů (například podle intenzity — luma, luminance). Mediánový filtr je vhodný k odstranění náhodného šumu.

Dalším nelineárním filtrem je tzv. „konzervativní vyhlazení“. Jedná se o rychlou metodu určenou k odfiltrování izolovaných pixelů s výjimečně vysokou nebo nízkou intenzitou (například šum typu sůl a pepř). Tato metoda se snaží nejprve detekovat vadný pixel. Tedy nejdříve nalezne minimální a maximální hodnotu intenzity z okolí pixelu, jehož hodnotu chceme spočítat. Jestliže je hodnota tohoto centrálního pixelu mezi minimem a maximem, je pixel předán do výstupního obrazu beze změny. V opačných případech by měl být pixel nahrazen novou hodnotou, jež je odvozena z nepostižených sousedních pixelů. Například v případě, že je jeho hodnota menší než minimum, je nahrazen tímto minimem. Naopak, je-li jeho hodnota větší než maximum, je nahrazen maximem.

[editovat] Externí odkazy

• (en) http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/HIPR2/filtops.htm — Digital Filters, materiály Roberta Fishera ze School of Informatics, The University of Edinburgh

Tento článek o počítačích je příliš stručný nebo neobsahuje důležité informace. Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte.