Медианная фильтрация растровых изображений.

Алгоритм усредняющего фильтра

Усредненное фильтрование - пространственный процесс, который не попадает под категорию свертки. Усредненное фильтрование использует значение элементов, содержащихся в области примыкания, для определения нового значения рассматриваемого элемента. Алгоритм позволяет работать со следующими размерами области примыкания: 3x3, 5x5, 7x7, 9x9, 11x11 13x13, 15x15 и т.д. Однако новое значение элемента вычисляется алгоритмически после расположения элементов области примыкания в возрастающем порядке. В качестве нового значения выбирается среднее значение. Результатом усредненного фильтрования является то, что любой случайный шум, содержащийся в изображении, будет эффективно устранен. Это происходит потому, что любое случайное резкое изменение в интенсивности элемента в пределах области примыкания, будет сортироваться, т. е. оно будет помещено либо на вершину, либо на нижнюю часть отсортированных значений области примыкания и не будет учитываться, так как для нового значения элемента всегда отбирается усредненное значение. Отбор случайных значений элементов показан на схеме. Применение усредненного фильтрования можно увидеть в визуальных эффектах.

Модификация алгоритма усредняющего фильтра

В данной библиотеке реализован алгоритм усредняющего фильтра, несколько отличающийся от классического. Отличие заключается во вводе дополнительного параметра - порога обработки. Смысл его раскрывается ниже. При нахождении среднего элемента точки окружения вычисляется модуль разности между обрабатываемым элементом и средним элементом. Данная разность может находиться в диапазоне от 0 до 255. Если указанный модуль разности превышает порог обработки, то результирующий цвет заменяется на среднее значение точки окружения, иначе – нет.

При данной модификации алгоритма производится меньшая потеря уровня полезного сигнала, но в тоже время при правильном подборе порога обработки осуществляется почти одинаковое гашение шумов по сравнению с не модифицированным алгоритмом.

Определение краев по Собелю

Алгоритм Собеля - единственный нелинейный метод определения края. Этот метод нашел широкое применение. Это другой пример алгоритма со сложной математической базой, которая относительно проста для выполнения. Фактически имеются два различных метода выполнения алгоритма Собеля. В первом методе вычисляются 2 различные свертки:

ядро Х ядро Y

-1 0 1 1 2 1

-2 0 -2 0 0 0

-1 0 1 -1 –2 –1

и, исходя из этих сверток, вычисляется величина и направление краев:

• величина = Квадратный корень (X*X + Y*Y)

• направление = arctg(Y/Х)

Это слишком сложный процесс, чтобы выполнять его для каждого элемента изображения. По этой причине был предложен другой метод выполнения алгоритма Собеля. Для ускорения большого числа вычислений используются различные сокращения. Метод, который будет использоваться, очень прост. Во-первых, предположим, что область примыкания точек 3х3 обозначена следующим образом:

а б в

г д е

ж з и

Через эту область могут быть проведены только четыре линии, чтобы пересечь среднюю точку (д). Эти линии следующие:

• линия 1: а – д – и

• линия 2: б – д – з

• линий 3: в – д – ж

• линия 4: е – д – г

Каждая линия, прочерченная через область примыкания, делит пространство на две трехточечные области. Например, линия 1 делит пространство на области (г, ж, з) и (б, в, е). Для каждой из четырех линий вычисляется абсолютное значение разности средних величин двух подобластей. Таким образом, выполняется четыре расчета полных разностей. Рассматриваемому элементу изображения присваивается самое большое значение из четырех абсолютных разностей.

После применения алгоритма Собеля к каждому элементу изображения выходное изображение обычно подвергается обработке пороговым точечным процессом. Если новое значение рассматриваемого элемента (только что вычисленная самая большая разность) достигает или превышает определенный порог, цвет выходного элемента становится белым (если была произведена обработка компонента определенного цвета, то этой компоненте присваивается значение равное 255). Если значение меньше порога, элемент становится черным (если была произведена обработка компонента определенного цвета, то этой компоненте присваивается значение равное нулю).

Чистым результатом применения алгоритма Собеля, следующим за точечным пороговым процессом, является черное или белое изображение, не содержащее информации об исходном изображении, исключая информацию о крае.

Однако это не относится к случаю обработки конкретной компоненты цвета (красной, зеленой или синей), когда изменяется значение только выбранной компоненты и, следовательно, информацию о крае будет содержать только выбранная компонента.

Конец 31 вопроса.

 

Стандарты на графические интерфейсы прикладных программ

Интерфейс Windows GDI

Весь интерфейс Windows основывается на трех основных элементах:

- аппаратно-независимой графике;

- стандартном оконном интерфейсе;

- взаимодействии приложений с системой Windows и между собой посредством передачи сообщений.

Эти элементы Windows самым тесным образом связаны между собой и образуют вместе единую систему.

1 GUI – Graphics User’ Interface – Графический интерфейс пользователя

Корпорация Microsoft объявила о начале разработки графической операционной оболочки Windows CGI2 10 ноября 1983 года. Первоначально предполагалось, что CGI как набор процедур будет поставляться с компиляторами Microsoft, позволяя разработчикам программ выводить графику на самые различные типы принтеров. Создание такой

оболочки было инициировано интересом пользователей IBM- совместимых компьютеров к объявлению корпорацией VISICorp о начале работ над многооконной операционной оболочкой VisiOn. Хотя многие особенности и свойства Windows кардинально

изменились в последующем, некоторые положения были ясны с самого начала. Windows должна быть многозадачной, т.е. должна позволять запускать несколько программ одновременно. Windows должна работать со всеми типами дисплеев и принтеров. И поскольку пользователю очень трудно отказаться от привычных программных

средств, Windows должна позволять запускать приложения MS - DOS.

Последняя цель настолько оказалась трудной в реализации, что задер-

жала весь проект на многие месяцы.

Когда работы над CGI перешли в фазу тестирования, он был пере-

именован в GDI (the Graphics Device Interface - "Интерфейс с графическими устройствами") и стал частью Windows, включив в себя процедуры работы не только с принтером, но и с дисплеем. GDI представляет собой графическую библиотеку Windows. GDI обеспечивает графический вывод на экран дисплея и на устройства для

получения твердых копий, например, принтеры и плоттеры. GDI отвечает за создание отображения каждой линии, буквы или графического знака, выводимого программой. Сама Windows использует GDI организации пользовательского интерфейса (окон, пиктограмм, меню, блоков диалога и т.д).

 

 

Приложение начинает работу с описания изображения с помощью команд GDI. Интерфейс GDI является объектом Windows, и его задача – преобразовать поток команд GDI в поток команд DDI (Device Driver Interface), понятных драйверу. Выполняя преобразование, интерфейс GDI обычно прибегает к спулингу (буферизации) данных в

файл формата EMF (Enhanced Metafile) с тем, чтобы процесс дальнейшего прохождения не зависел от скорости работы приложения. Задачей драйвера является преобразование команд DDI в поток данных,передаваемых на устройство. Драйверы для наиболее широко используемых устройств поставляются вместе со средой и подключаются при

установке программ на диск.

10.1.1. Устройства GDI

Средства GDI позволяют выполнять графический вывод на раз-

личные устройства. Для того чтобы GDI работал с конкретным устройством, необходим специальный элемент программного обеспечения драйвер устройства, который преобразует запросы графического вывода в конкретные действия для отображения на конкретном устройстве.Помимо этого, драйвер устройства представляет GDI набор фла-

гов, которые сообщают, какими графическими возможностями обладает данное физическое устройство. Существует пять наборов таких флагов для:

• кривых линий,

• прямых линий,

• многоугольников,

• растровых (битовых) образов и

• текстов.

Эти флаги сообщают GDI, когда можно направить устройству непосредственно запрос, а когда такой запрос надо предварительно преобразовать в последовательность запросов низкого уровня. Это зависит от возможностей конкретного устройства.

Помимо физических устройств GDI поддерживает логические устройства, или псевдоустройства. Псевдоустройства служат дляхранения изображений. В отличие от физических устройств, которыевыводят изображения на определенные аппаратные средства, псевдоустройства позволяют сохранить образ изображения в оперативной

памяти или на диске. GDI поддерживает два типа псевдоустройств:

растры (битовые образы) и метафайлы.

Растры, или битовые образы имеют прямоугольную форму и хранят изображения в таком виде, в каком изображения воспринимаются дисплейным адаптером. Растры в GDI используются и для хранения изображений, которые нужно быстро выводить на экран, например, пиктограмм, курсоров и т.д.

Метафайлы Windows создаются средствами записи-

воспроизведения GDI. С точки зрения расходуемой памяти метафайлы предпочтительнее, чем битовые образы, однако работа с ними происходит медленнее. Обычно в метафайлах хранятся крупные изображения GDI.

10.1.2. Логические объекты графики GDI

Одним из средств достижения аппаратной независимости GDI является использование логических объектов графики. Такой объект описывает, каким образом должен выполняться вывод, Логические объекты позволяют осуществлять высокоуровневые аппаратнонезависимые запросы к устройствам. GDI поддерживает следующие

графические логические объекты:

• перья (для рисования линий) pen / extended pen;

• кисти (для закрашивания областей) brush;

• шрифты (для вывода текстов) font;

• логические цвета (перьев, кистей и текста) palette.

 

 

После создания логического объекта он может быть использован в отношении любого устройства, при этом драйвер каждого устройства по-своему интерпретирует логический объект таким способом,который соответствует возможностям устройства.

Преимущество GDI:

- независимость от видеосистемы ПК (мобильность интерфейса).

Недостаток GDI:

- низкие показатели по быстродействию;

- жесткая привязка к Windows;

- слабая математическая (геометрическая) база.

Область применения GDI:

- деловая графика (офисные приложения).

Конец 76 вопроса.