同态滤波

✍ dations ◷ 2025-04-04 06:37:25 #信号处理

同态滤波是一种广泛用于信号和图像处理的技术,将原本的信号经由非线性映射,转换到可以使用线性滤波器的不同域,做完运算后再映射回原始域。同态的性质就是保持相关的属性不变,而同态滤波的好处是将原本复杂的运算转为效能相同但相对简单的运算。这个概念在1960年代由Thomas Stockham,Alan V. Oppenheim和Ronald W. Schafer在麻省理工学院提出。

同态滤波利用去除乘性噪声(multiplicative noise),可以同时增加对比度以及标准化亮度,借此达到图像增强的目的。

一副图像可以表示为其照度(illumination)分量和反射(reflectance)分量的乘积,虽然在时域上这两者是不可分离的,但是经由傅立叶转换两者在频域中可以线性分离。由于照度可视为环境中的照明,相对变化很小,可以看作是图像的低频成分;而反射率相对变化较大,则可视为高频成分。通过分别处理照度和反射率对像元灰度值的影响,通常是借由高通滤波器(high-pass filter),让图像的照明更加均匀,达到增强阴影区细节特征的目的。

对于一副图像,可表示为照射分量和反射分量的乘积,即

m ( x , y ) = i ( x , y ) r ( x , y ) {\displaystyle m(x,y)=i(x,y)\cdot {r(x,y)}}

其中,m为图像,i为照度分量,r为反射分量。

为了在频域中使用高通滤波器,我们必须进行傅立叶转换,但由于上式是一个乘积式,不能直接对照度和反射的频率分量进行操作,因此对上式取对数

ln { m ( x , y ) } = ln { i ( x , y ) } + ln { r ( x , y ) } {\displaystyle \ln\{{m(x,y)}\}=\ln\{{i(x,y)}\}+\ln\{{r(x,y)}\}}

然后再对上式两边做傅立叶转换,

F { ln { f ( x , y ) } } = F { ln { i ( x , y ) } } + F { ln { r ( x , y ) } } {\displaystyle {\mathcal {F}}\{\ln\{{f(x,y)}\}\}={\mathcal {F}}\{\ln\{{i(x,y)}\}\}+{\mathcal {F}}\{\ln\{{r(x,y)}\}\}}

并将 F { ln { f ( x , y ) } } {\displaystyle {\mathcal {F}}\{\ln\{{f(x,y)}\}\}} 定义为 M ( u , v ) {\displaystyle M(u,v)}

接下来对图像进行高通滤波,如此可以使图像的照明更均匀,高频分量增加且低频分量减少

N ( u , v ) = H ( u , v ) M ( u , v ) {\displaystyle N(u,v)=H(u,v)\cdot {M(u,v)}}

其中,N是频域中滤波后的图像,H是高通滤波器。

为了将图像从频域转回时域,我们对N做傅立叶逆转换

n ( x , y ) = F 1 { N ( u , v ) } {\displaystyle n(x,y)={\mathcal {F^{-1}}}\{N(u,v)\}}

最后,对n使用指数函数(exponential)来复原我们一开始取的自然对数

m ( x , y ) = exp { n ( x , y ) } {\displaystyle m'(x,y)=\exp\{n(x,y)\}}

其中m'为做完同态滤波的新图像。

在对数谱域中使用同态滤波来将滤波效应(filter effect)与激励效应(excitation effect)分开,例如在表示声音的倒频谱(cepstrum)计算中, 对数谱域中的增强可以提高声音清晰度,可以应于于助听器。

同态滤波用于消除源自sEMG信号的随机脉冲串的影响。通过这种方式,只保留有关运动单元动作电位(MUAP)形状和振幅的信息,如此用于估计MUAP本身的时域模型参数。

相关

  • 营养器官营养器官通常指植物的根、茎、叶等器官。 营养器官的基本功能是维持植物生命,这些功用抱括了如:光合作用等。但在某些状况之下,可能有 无性生殖/营养生殖,意指,这些营养器官可能
  • 哈罗德·瓦慕斯哈罗德·艾利洛·瓦慕斯(英语:Harold Elliot Varmus,1939年12月18日-),美国科学家。1989年,他获颁诺贝尔生理学或医学奖。1901年:贝林  1902年:罗斯  1903年:芬森  1904年:巴甫洛
  • 关渡关渡(巴赛语:Kantaw;台湾话:.mw-parser-output .sans-serif{font-family:-apple-system,BlinkMacSystemFont,"Segoe UI",Roboto,Lato,"Helvetica Neue",Helvetica,Arial,sans-se
  • 马钱子马钱子(学名:Strychnos nuxvomica)也称番木鳖,苦实把豆儿,火失刻把都,苦实,马前,牛眼,大方八,马钱树,是马钱科马钱属的一种落叶乔木。产于南亚和东南亚等地,喜热带湿润性气候,怕霜冻。模
  • 鳞龙超目鳞龙超目(学名:Lepidosauria)又称鳞龙总目,是群有重叠鳞片的爬行动物。它们包括喙头蜥、蜥蜴、蛇、蚓蜥。鳞龙超目是现今爬行动物中最成功的一群。鳞龙超目是蜥形纲下的一个超目
  • 马穆鲁克苏丹国马穆鲁克苏丹国(1250年-1517年)是一个于十三世纪中至十六世纪初统治埃及、巴勒斯坦和叙利亚地区的国家,又称马穆鲁克王朝。马穆鲁克王朝的历史可分为前后二期:前期为伯海里王朝,是
  • massstarmassstar(韩语:맛스타)是韩国的女性Webtoon创作者。主要风格为浪漫、科幻,代表作为《触不可及》。从小就喜欢画漫画,小学时期起就有成为漫画家的念头,可是由于“漫画家无法养活自
  • 皮埃蒙特大西洋城市带皮埃蒙特大西洋城市带(英文:Piedmont Atlantic Megaregion,缩写:PAM)是美国11个城市群中的其中一个,位于美国东南部,人口约为1,761万人。皮埃蒙特大西洋城市带位于美国东南部,并且包
  • 塞斯·梅耶斯塞斯·亚当·梅耶斯(英语:Seth Adam Meyers,1973年12月28日-)是一位美国演员、配音演员、编剧、制作人、电视节目主持人和喜剧演员。他于2001年起加入全国广播公司喜剧节目《周六
  • 产业能率大学产业能率大学(英语:SANNO UNIVERSITY)位于日本东京都,为日本私立大学,1979年大学设置,大学简称产能大。产能大是首都圈西部大学单位互换协定会学校之一。