紋理分割(二):2d-gabor 濾波器

 Gabor變換由 D.Gabor 於 1946 年提出, 當時是爲解決傅氏變換局部頻率變化的不足, 而在其基礎上增長窗函數, 實現有效得到信號的局部信息, 所以Gabor變換是一種基於窗口的短時傅氏變換。 因爲所加窗函數爲高斯窗, 在頻域上具備不變性, 所以Gabor 變換能在時域與頻域同時得到局部信號的變化。 在進行圖像處理時, 紋理特徵每每反應在局部局域的變化, 所以將Gabor 變換改形成二維Gabor濾波器, 在提取圖像紋理特徵時取得良好效果。html

        經研究發現,Gabor 濾波響應與人眼視覺皮層感覺野響應類似。 以下圖:算法

        第一行是人眼視覺感覺野的響應模型, 第二行爲Gabor 濾波變換波形, 最後一行爲兩者的響應殘差。 從中能夠發現,Gabor 相應符合人眼視覺感覺機制, 能夠用來模擬人眼對圖像進行處理分析。在第二章視覺顯著性計算中可知,Itti 仿生顯著性模型中提取的方向特徵正是採用Gabor 濾波獲得的, 這進一步說明了在紋理方向性上Gabor 對圖像的處理符合人類視覺顯著性特色。從理論上分析, 二維 Gabor 濾波器之因此對加強局部紋理方面性能突出, 由於在測不許原理之下, 2D-Gabor是惟一可以達到其下界值的高性能函數。 Gabor變換在時頻兩域可同時獲得函數的局部最優解, 即時域下能加強局部信息, 頻域下更好地顯示高頻信息。Gabor 變換在圖像處理上最大優點是對圖像的局部紋理敏感, 可以提供良好的方向選擇和尺度選擇特性。 這偏偏能彌補LC 算法在方向和紋理特徵上的不足, 對局部缺陷紋理進行更好的加強。函數

        在圖像紋理加強時,每每利用二維Gabor 的實部對圖像進行變換,然而Gabor變換的實部具備偶對稱性, 單一使用實部會使需加強的缺陷區域產生黑白相間的條紋, 爲後續缺陷檢測帶來偏差。 在檢測處理時咱們關注的是利用Gabor 濾波器來對局部缺陷的紋理進行顯著性完整加強, 所以須要採用以下公式對缺陷圖進行濾波變換 。性能

其中:


        從實現效果上分析,2D-gabor 濾波器參數衆多, 每個參數的設置和調整都會對缺陷紋理檢測到的效果產生很大影響。下面爲各參數的意義與對圖像濾波的效果影響:
        1.波長(λ): 以像素爲計量單位的正弦調製波波長。 該值選取太小時( 小於2), 缺陷圖像濾波效果不明顯, 而當波長越大時, 中心頻率越小, 使得濾波後的
圖像越模糊, 局部紋理加強性越不明顯。 所以在應用時選擇 
2~10 爲佳。
        2.方向(θ): 定義了 Gabor濾波的特徵選擇的方向角度, 它的取值爲 0到 360度。 因爲在實部中Gabor 濾波是對稱的, 故取值在到 180度就能徹底表達全方
向。 一般設計時咱們關注的方向個數 
n,其計算公式爲:n=π /θ偏小時, 缺陷圖樣因爲濾波方向性不強, 沒法達到對局部紋理缺陷的檢測效果,甚至原圖會嚴重虛化。而過大時會使運算速度減少沒法知足實時檢測要求。
        3.相位偏移(Φ): 它的取值範圍爲-180度到 180 度。度( 無偏移) 表明中心對稱向上函數,180 度對應中心向下函數, 而-90度與 90 度則與原始波造成反對稱。
        4.長寬比(γ): 二維座標比值, 決定了 Gabor 函數形狀的橢圓率( ellipticity)。當γ= 1時, 形狀是圓的。 當γ< 1 時, 形狀隨着平行條紋方向而拉長。 當γ太小時,條紋過長會使圖像出現毛刺干擾, 一般該值設爲0.5 左右。

        5.帶寬(b): Gabor濾波空間頻率所需帶寬。 帶寬和σ/ λ的有關, 其中σ表示Gabor中高斯函數的標準差, σ/ λ決定了Gabor 的尺度。
url

        不一樣參數選擇會產生不一樣的濾波效果, 這會影響最終的精準度。
spa

發佈了106 篇原創文章 · 獲贊 495 · 訪問量 142萬+
相關文章
相關標籤/搜索