当前位置:   article > 正文

Python 低通 高通 理想滤波器 巴特沃斯 数字图像处理 频域滤波 图像增强_设计不同截止频率的理想低通滤波器,对图像进行频域增强。观

设计不同截止频率的理想低通滤波器,对图像进行频域增强。观

问题

(一)频域低通滤波

  1. 产生白条图像 f1(x,y)(640×640 大小,中间亮条宽160,高 400,居中,暗处=0,亮处=255)
  2. 设计不同截止频率的理想低通滤波器、Butterworth低通滤波器,对其进行频域增强。观察频域滤波效果,并解释之。

(二)频域高通滤波

  1. 设计不同截止频率的理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器,对上述白条图像进行频域增强。观察频域滤波效果,并解释之。
  2. 设计不同截止频率的理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器,对含高斯噪声的lena图像进行频域增强。观察频域滤波效果,并解释之。

代码

import numpy as np
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt

"""
(一)频域低通滤波
产生如图所示图象 f1(x,y)(64×64 大小,中间亮条宽16,高 40,居中,暗处=0,亮处=255)
产生实验四中的白条图像。
设计不同截止频率的理想低通滤波器、Butterworth低通滤波器,对其进行频域增强。
观察频域滤波效果,并解释之。
"""


def pro_11():
    def ideal_low_filter(lr, cr, cc, img):
        tmp = np.zeros((img.shape[0], img.shape[1]))
        for i in range(img.shape[0]):
            for j in range(img.shape[1]):
                tmp[i, j] = (1 if np.sqrt((i - cr) ** 2 + (j - cc) ** 2) <= lr else 0)
        return tmp

    # 产生白条图像
    im_arr = np.zeros((640, 640))
    for i in range(im_arr.shape[0]):
        for j in range(im_arr.shape[1]):
            if 120 < i < 520 and 240 < j < 400:
                im_arr[i, j] = 255
    im_ft2 = np.fft.fft2(np.array(im_arr))  # 白条图二维傅里叶变换矩阵
    im_ft2_shift = np.fft.fftshift(im_ft2)

    r, c = im_arr.shape[0], im_arr.shape[1]
    cr, cc = r // 2, c // 2  # 频谱中心

    # 理想滤波器
    ideal_filter1 = ideal_low_filter(10, cr, cc, im_ft2_shift)
    ideal_filter2 = ideal_low_filter(30, cr, cc, im_ft2_shift)
    # 求经理想低通滤波器后的图像
    tmp = im_ft2_shift * ideal_filter1
    irreversed_im_ft2 = np.fft.ifft2(tmp)
    tmp2 = im_ft2_shift * ideal_filter2
    irreversed_im_ft22 = np.fft.ifft2(tmp2)

    plt.figure(figsize=(13, 13))
    plt.subplot(221)
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(im_arr)))
    plt.subplot(223)
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(im_ft2_shift)))
    plt.subplot(222)
    plt.title("lr=10")
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(irreversed_im_ft2)))
    plt.subplot(224)
    plt.title("lr=30")
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(irreversed_im_ft22)))
    plt.show()


def pro_12():
    def butterworth(lr, cr, cc, n, img):
        tmp = np.zeros((img.shape[0], img.shape[1]))
        for i in range(img.shape[0]):
            for j in range(img.shape[1]):
                tmp[i, j] = 1 / (1 + np.sqrt((i - cr) ** 2 + (j - cc) ** 2) / lr) ** (2 * n)
        return tmp

    # 产生白条图像
    im_arr = np.zeros((640, 640))
    for i in range(im_arr.shape[0]):
        for j in range(im_arr.shape[1]):
            if 120 < i < 520 and 240 < j < 400:
                im_arr[i, j] = 255
    im_ft2 = np.fft.fft2(np.array(im_arr))  # 白条图二维傅里叶变换矩阵
    im_ft2_shift = np.fft.fftshift(im_ft2)

    r, c = im_arr.shape[0], im_arr.shape[1]
    cr, cc = r // 2, c // 2  # 频谱中心

    # 理想滤波器
    butterworth1 = butterworth(10, cr, cc, 2, im_arr)
    butterworth2 = butterworth(30, cr, cc, 2, im_arr)
    # 求经理想低通滤波器后的图像
    tmp = im_ft2_shift * butterworth1
    irreversed_im_ft2 = np.fft.ifft2(tmp)
    tmp2 = im_ft2_shift * butterworth2
    irreversed_im_ft22 = np.fft.ifft2(tmp2)

    plt.figure(figsize=(13, 13))
    plt.subplot(221)
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(im_arr)))
    plt.subplot(223)
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(im_ft2_shift)))
    plt.subplot(222)
    plt.title("lr=10")
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(irreversed_im_ft2)))
    plt.subplot(224)
    plt.title("lr=30")
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(irreversed_im_ft22)))
    plt.show()


def pro_12():
    def ideal_low_filter(lr, cr, cc, img):
        tmp = np.zeros((img.shape[0], img.shape[1]))
        for i in range(img.shape[0]):
            for j in range(img.shape[1]):
                tmp[i, j] = (1 if np.sqrt((i - cr) ** 2 + (j - cc) ** 2) <= lr else 0)
        return tmp

    def butterworth(lr, cr, cc, n, img):
        tmp = np.zeros((img.shape[0], img.shape[1]))
        for i in range(img.shape[0]):
            for j in range(img.shape[1]):
                tmp[i, j] = 1 / (1 + np.sqrt((i - cr) ** 2 + (j - cc) ** 2) / lr) ** (2 * n)
        return tmp

    def gauss_noise(img, sigma):
        temp_img = np.float64(np.copy(img))
        h = temp_img.shape[0]
        w = temp_img.shape[1]
        noise = np.random.randn(h, w) * sigma
        noisy_img = np.zeros(temp_img.shape, np.float64)
        if len(temp_img.shape) == 2:
            noisy_img = temp_img + noise
        else:
            noisy_img[:, :, 0] = temp_img[:, :, 0] + noise
            noisy_img[:, :, 1] = temp_img[:, :, 1] + noise
            noisy_img[:, :, 2] = temp_img[:, :, 2] + noise
        # noisy_img = noisy_img.astype(np.uint8)
        return noisy_img

    lena = np.array(Image.open("lena_gray_512.tif"))
    noise_lena = gauss_noise(lena, 25)
    noise_lena_fft2 = np.fft.fft2(noise_lena)
    noise_lena_fft2_shift = np.fft.fftshift(noise_lena_fft2)
    r, c = lena.shape[0], lena.shape[1]
    cr, cc = r // 2, c // 2  # 频谱中心
    butterworth1 = butterworth(30, cr, cc, 2, lena)
    butterworth2 = butterworth(50, cr, cc, 2, lena)
    ideal_filter1 = ideal_low_filter(10, cr, cc, noise_lena_fft2_shift)
    ideal_filter2 = ideal_low_filter(30, cr, cc, noise_lena_fft2_shift)

    btmp1 = noise_lena_fft2_shift * butterworth1
    blena_ift21 = np.fft.ifft2(btmp1)
    btmp2 = noise_lena_fft2_shift * butterworth2
    blena_ift22 = np.fft.ifft2(btmp2)

    itmp1 = noise_lena_fft2_shift * ideal_filter1
    ilena_ift21 = np.fft.ifft2(itmp1)
    itmp2 = noise_lena_fft2_shift * ideal_filter2
    ilena_ift22 = np.fft.ifft2(itmp2)

    plt.figure(figsize=(13, 13))

    plt.subplot(221)
    plt.title("Butterworth Filter: lr=30/100")
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(blena_ift21)))
    plt.subplot(223)
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(blena_ift22)))
    plt.subplot(222)
    plt.title("Ideal Filter: lr=10/30")
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(ilena_ift21)))
    plt.subplot(224)
    plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(ilena_ift22)))
    plt.show()


"""
(二)频域高通滤波
1. 设计不同截止频率的理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器,对上述白条图像进行频域增强。观察频域滤波效果,并解释之。
2. 设计不同截止频率的理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器,对含高斯噪声的lena图像进行频域增强。观察频域滤波效果,并解释之。
"""


def pro_2():
    def ideal_high_filter(lr, cr, cc, img):
        tmp = np.zeros((img.shape[0], img.shape[1]))
        for i in range(img.shape[0]):
            for j in range(img.shape[1]):
                tmp[i, j] = (0 if np.sqrt((i - cr) ** 2 + (j - cc) ** 2) <= lr else 1)
        return tmp

    def butterworth_high(lr, cr, cc, n, img):
        tmp = np.zeros((img.shape[0], img.shape[1]))
        for i in range(img.shape[0]):
            for j in range(img.shape[1]):
                tmp[i, j] = 1 / (1 + lr / np.sqrt((i - cr) ** 2 + (j - cc) ** 2)) ** (2 * n)
        return tmp

    def gauss_noise(img, sigma):
        temp_img = np.float64(np.copy(img))
        h = temp_img.shape[0]
        w = temp_img.shape[1]
        noise = np.random.randn(h, w) * sigma
        noisy_img = np.zeros(temp_img.shape, np.float64)
        if len(temp_img.shape) == 2:
            noisy_img = temp_img + noise
        else:
            noisy_img[:, :, 0] = temp_img[:, :, 0] + noise
            noisy_img[:, :, 1] = temp_img[:, :, 1] + noise
            noisy_img[:, :, 2] = temp_img[:, :, 2] + noise
        # noisy_img = noisy_img.astype(np.uint8)
        return noisy_img

    def lena_proceed():
        lena = np.array(Image.open("lena_gray_512.tif"))
        noise_lena = gauss_noise(lena, 25)
        noise_lena_fft2 = np.fft.fft2(noise_lena)
        noise_lena_fft2_shift = np.fft.fftshift(noise_lena_fft2)
        r, c = lena.shape[0], lena.shape[1]
        cr, cc = r // 2, c // 2  # 频谱中心
        butterworth1 = butterworth_high(10, cr, cc, 1, lena)
        butterworth2 = butterworth_high(5, cr, cc, 1, lena)
        ideal_filter1 = ideal_high_filter(10, cr, cc, noise_lena_fft2_shift)
        ideal_filter2 = ideal_high_filter(30, cr, cc, noise_lena_fft2_shift)

        btmp1 = noise_lena_fft2_shift * butterworth1
        blena_ift21 = np.fft.ifft2(btmp1)
        btmp2 = noise_lena_fft2_shift * butterworth2
        blena_ift22 = np.fft.ifft2(btmp2)

        itmp1 = noise_lena_fft2_shift * ideal_filter1
        ilena_ift21 = np.fft.ifft2(itmp1)
        itmp2 = noise_lena_fft2_shift * ideal_filter2
        ilena_ift22 = np.fft.ifft2(itmp2)

        plt.figure(figsize=(13, 13))

        plt.subplot(221)
        plt.title("Butterworth Filter: lr=30/5")
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(blena_ift21)))
        plt.subplot(223)
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(blena_ift22)))
        plt.subplot(222)
        plt.title("Ideal Filter: lr=10/30")
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(ilena_ift21)))
        plt.subplot(224)
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(ilena_ift22)))
        plt.show()

    def white_bar_proceed():
        # 产生白条图像
        im_arr = np.zeros((640, 640))
        for i in range(im_arr.shape[0]):
            for j in range(im_arr.shape[1]):
                if 120 < i < 520 and 240 < j < 400:
                    im_arr[i, j] = 255
        im_ft2 = np.fft.fft2(np.array(im_arr))  # 白条图二维傅里叶变换矩阵
        im_ft2_shift = np.fft.fftshift(im_ft2)

        r, c = im_arr.shape[0], im_arr.shape[1]
        cr, cc = r // 2, c // 2  # 频谱中心

        butterworth1 = butterworth_high(30, cr, cc, 1, im_arr)
        butterworth2 = butterworth_high(5, cr, cc, 1, im_arr)
        ideal_filter1 = ideal_high_filter(10, cr, cc, im_ft2_shift)
        ideal_filter2 = ideal_high_filter(30, cr, cc, im_ft2_shift)

        btmp1 = im_ft2_shift * butterworth1
        blena_ift21 = np.fft.ifft2(btmp1)
        btmp2 = im_ft2_shift * butterworth2
        blena_ift22 = np.fft.ifft2(btmp2)

        itmp1 = im_ft2_shift * ideal_filter1
        ilena_ift21 = np.fft.ifft2(itmp1)
        itmp2 = im_ft2_shift * ideal_filter2
        ilena_ift22 = np.fft.ifft2(itmp2)

        plt.figure(figsize=(13, 13))

        plt.subplot(221)
        plt.title("Butterworth Filter: lr=30/5")
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(blena_ift21)))
        plt.subplot(223)
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(blena_ift22)))
        plt.subplot(222)
        plt.title("Ideal Filter: lr=10/30")
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(ilena_ift21)))
        plt.subplot(224)
        plt.imshow(Image.fromarray(np.abs(ilena_ift22)))
        plt.show()

    lena_proceed()
    white_bar_proceed()


if __name__ == '__main__':
    pro_11()
    pro_12()
    pro_2()

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 32
  • 33
  • 34
  • 35
  • 36
  • 37
  • 38
  • 39
  • 40
  • 41
  • 42
  • 43
  • 44
  • 45
  • 46
  • 47
  • 48
  • 49
  • 50
  • 51
  • 52
  • 53
  • 54
  • 55
  • 56
  • 57
  • 58
  • 59
  • 60
  • 61
  • 62
  • 63
  • 64
  • 65
  • 66
  • 67
  • 68
  • 69
  • 70
  • 71
  • 72
  • 73
  • 74
  • 75
  • 76
  • 77
  • 78
  • 79
  • 80
  • 81
  • 82
  • 83
  • 84
  • 85
  • 86
  • 87
  • 88
  • 89
  • 90
  • 91
  • 92
  • 93
  • 94
  • 95
  • 96
  • 97
  • 98
  • 99
  • 100
  • 101
  • 102
  • 103
  • 104
  • 105
  • 106
  • 107
  • 108
  • 109
  • 110
  • 111
  • 112
  • 113
  • 114
  • 115
  • 116
  • 117
  • 118
  • 119
  • 120
  • 121
  • 122
  • 123
  • 124
  • 125
  • 126
  • 127
  • 128
  • 129
  • 130
  • 131
  • 132
  • 133
  • 134
  • 135
  • 136
  • 137
  • 138
  • 139
  • 140
  • 141
  • 142
  • 143
  • 144
  • 145
  • 146
  • 147
  • 148
  • 149
  • 150
  • 151
  • 152
  • 153
  • 154
  • 155
  • 156
  • 157
  • 158
  • 159
  • 160
  • 161
  • 162
  • 163
  • 164
  • 165
  • 166
  • 167
  • 168
  • 169
  • 170
  • 171
  • 172
  • 173
  • 174
  • 175
  • 176
  • 177
  • 178
  • 179
  • 180
  • 181
  • 182
  • 183
  • 184
  • 185
  • 186
  • 187
  • 188
  • 189
  • 190
  • 191
  • 192
  • 193
  • 194
  • 195
  • 196
  • 197
  • 198
  • 199
  • 200
  • 201
  • 202
  • 203
  • 204
  • 205
  • 206
  • 207
  • 208
  • 209
  • 210
  • 211
  • 212
  • 213
  • 214
  • 215
  • 216
  • 217
  • 218
  • 219
  • 220
  • 221
  • 222
  • 223
  • 224
  • 225
  • 226
  • 227
  • 228
  • 229
  • 230
  • 231
  • 232
  • 233
  • 234
  • 235
  • 236
  • 237
  • 238
  • 239
  • 240
  • 241
  • 242
  • 243
  • 244
  • 245
  • 246
  • 247
  • 248
  • 249
  • 250
  • 251
  • 252
  • 253
  • 254
  • 255
  • 256
  • 257
  • 258
  • 259
  • 260
  • 261
  • 262
  • 263
  • 264
  • 265
  • 266
  • 267
  • 268
  • 269
  • 270
  • 271
  • 272
  • 273
  • 274
  • 275
  • 276
  • 277
  • 278
  • 279
  • 280
  • 281
  • 282
  • 283
  • 284
  • 285
  • 286
  • 287
  • 288
  • 289

结果

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

声明:本文内容由网友自发贡献,不代表【wpsshop博客】立场,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容,请联系我们。转载请注明出处:https://www.wpsshop.cn/w/你好赵伟/article/detail/78280
推荐阅读
相关标签
  

闽ICP备14008679号