4. Spatial Filters

공간 필터

 

1. Mean filter

= linear filter = 선형 필터 = 평균 필터

이미지를 부드럽게 만듦

대비가 너무 높은 이미지는 부드럽게 처리할 필요가 있음. 

convolution 연산으로 처리함

3x3크기의 필터라면 각 칸에 1/9의 가중치씩 둠. 즉 필터에 해당하는 값들의 평균을 사용

 

필터를 크게 만들면 더 흐릿해지고, 커지는만큼 계산량도 많아짐.

2. Median Filter

mean필터와 비슷하지만 비선형(nonlinear) 필터임

salt and pepper 노이즈를 제거하는 데 효과적이고, 이미지를 부드럽게 하는 효과도 있음

 

convolution연산을 하는것이 아니라, 필터에 해당하는 영역의 값들을 정렬한 후, 중앙값을 사용함

salt와 pepper는 극단적으로 높고 낮은 픽셀값을 가지므로, 중앙값을 사용하면 이들을 제거할 수 있음

 

이를 응용하여 salt만 존재하는 이미지에서는 min값을, pepper노이즈만 존재하는 이미지에서는 max값을 사용할 수도 있다.(물론, median을 선택해도 제거할 수 있다) 그래서 median필터, min필터, max필터가 존재한다.

그런데, min필터를 사용하면 이미지가 전체적으로 어두워지고, max필터는 전체적으로 밝아지는 현상이 발생한다.

 

이 필터도 사이즈가 커지면 더 흐릿해지고, 계산량이 많아진다.(mean필터보다 많이 증가함. 정렬이 필요하므로)

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Mean Filter vs Median Filter

비슷한 두 필터를 비교해보자

	Mean Filter	Median Filter
Smooth edges	Good	Good
Remove noises	Fair	Excellent
Smooth image with noises	Poor	Excellent

둘 다 이미지를 부드럽게 하는것은 좋다.

(연산의 양이 Mean필터가 더 적으니 잡음이 없는 경우는 Mean Filter가 더 좋을 수 있다)

 

잡음제거, 잡음이 있는 경우 이미지를 부드럽게하는것은 median filter가 더 좋다.

엣지와 노이즈는 공간주파수 관점에서 둘 다 고주파에 해당한다.

Mean Filter와 Median Filter 둘 다 저주파를 통과시키는 low-pass filter라고 불리기도 하는데,

Mean Filter는 노이즈와 엣지를 구분하지 않고 모두 뭉개버리는 반면

Median Filter는 노이즈만 구분해서 제거하므로, 잡음제거와 잡음이 포함된 이미지를 부드럽게 하는데에 효과적이다

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3. Enhancement Filter

화질개선에 사용하는 필터.

high-pass filter: 저주파를 억제하고 고주파를 강조.(고주파는 엣지와 노이즈임.)

이웃하는 픽셀 간 값 차이를 크게 만들어서 엣지를 강조한다.(그런데, 노이즈가 있으면 노이즈도 강조될 수 있음)

 

필터는 두가지로 분류 가능

3-1) Laplacian-type filters

0	-1	0
-1	5	-1
0	-1	0

다칭형 필터.

중앙을 기준으로 필터가 점대칭을 이룬다.

방향성이 없다.

 

3-2) Difference filters

비대칭형 필터

0	1	0
0	1	0
0	-1	0

Verical(수직형)

 

0	0	0
1	1	-1
0	0	0

 

Horizontal(수평형)

이 두 필터는 수평과 수직으로 각각 나뉘어져있고, 방향성이 있다.

사진에 방향성이 있다면 이것을 따로 적용시켜도 되지만

방향성이 없다면 수평,수직 모두 사용해야할  수 있다

Laplacian필터는 한번만 사용하면 된다.

 

Laplacian-type과 Difference는 필터에 +와 -값이 함께 쓰였다는 점이 mean필터와 다르다.

low-pass filter는 +값만 있고, 

high-pass filter는 -,+ 값이 섞여있을 수 있다.

 

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이미지 데이터 크기를 줄이기

gray-level reduction: 그레이레벨 수(픽셀당 비트 수)를 줄임. 심하게 줄이는 경우 false contouring이 발생할 수 있음

spatial reduction: 공간해상도를 줄임. 픽셀의 크기를 늘리면 해상도가 낮아지고 심하면 모자이크현상 발생할 수 있음