23. Фильтрация геоизображений и удаление шума.

В процессе считывания и преобразования в цифровой массив изображение подвергается различным искажениям и зашумлению. Основными операциями повышения качества изображения являются: коррекция уровней яркости по всему полю изображения, подавление шумов и преобразования изображения. Подавление шумов на изображении выполняется различными методами линейной и нелинейной фильтрации. Методы фильтрации основаны на применении некоторых фильтров и свертке изображения с данными фильтрами.

Причины возникновения шумов на исходном растровом представлении:

• наличие на считываемом документе следов "грязи";

• невысокое качество отдельных элементов документа;

• возникновение погрешностей сканирования;

• неверный выбор порога.

Наиболее часто встречающиеся шумы на изображении:

• неоднородность контура объекта;

• изолированные черные пятна небольших размеров;

• изолированные пустоты внутри объектов;

• разрывы объектов;

• слияние нескольких объектов.

Наиболее часто используются следующие фильтры:

-свертка с маской (фильтрация осуществляется путем свертки с маской, представляющей фильтр. Для высокочастотной и низкочастотной фильтрации разработано много различных масок:

-усредняющий фильтр (самый простой. Работа заключается в замене значения яркости в текущем пикселе на среднюю яркость, вычисленную по его 8-окрестности, включая и сам элемент. Недостатки: сглаживание ступенчатых и пилообразных функций).

-медианный фильтр (представляет собой скользящее окно, охватывающее нечетное число элементов изображения. Центральный элемент заменяется медианой элементов изображения в окне. Медианный фильтр в одних случаях обеспечивает подавление шума, а в других - вызывает нежелательное подавление сигнала. Медианный фильтр не влияет на пилообразные и ступенчатые функции, однако он подавляет импульсные сигналы, длительность которых составляет менее половины ширины окна.

Подходы к устранению шумов на изображении. Принципиально все они основаны на анализе окрестностей, т.е. являются в основном локальными методами.

1. математическая морфология. Например, с помощью операции замыкания можно удалить разрывы линий, заполнить пустоты в объектах, сгладить контура объектов. Величина дефектов, которые можно устранить используя эту операцию, зависит от размера структурирующего элемента. Чем больше его диаметр, тем большие по размерам шумы мы можем удалять.

2. морфологический фильтр - отмыкание. Так как первой в фильтре выполняется эрозия, то в результате отмыкания можно удалять так называемую "грязь" на изображении, т.е. лишние объекты, диаметр которых меньше диаметра структурирующего элемента. Однако непосредственно операцию отмыкания выполнять опасно, так как можно удалить достаточно тонкие линии из изображения.

3. логическая фильтрация. Значение центрального элемента изменяется в зависимости от количества однотипных с ним элементов в заданной окрестности. Обычно используют окрестность 3x3.

Для устранения шумов бинарных изображений разработаны три специальных быстродействующих алгоритма, основанных на принципе обработки полосы изображения:

1. предназначен для устранения незначительных шумов (удаление одиночных выступов и впадин, заполнение единичных разрывов и пустот). Особенность: совмещение в одном просмотре последовательного процесса логической фильтрации с использованием масок 3x3 и параллельных морфологических операций "отмыкание" и "замыкание" квадратом 3x3.

2. используется для быстрого обнаружения и удаления небольших пятен и пустот, которые не должны присутствовать на исходном изображении.

3. предназначен для сглаживания выступов и впадин на контурах объектов и основан на понятии "нечетких" прямых линий с регулируемыми параметрами.