图像处理lab1
21371255 刘兆丰
1.Questions
1.1 Convolution
(1)
卷积的三个主要组成部分如下:
(i) 输入:卷积操作的输入是一个图像和一个称为卷积核或滤波器的小矩阵。图像通常表示为二维矩阵,每个元素表示一个像素的灰度值。
(ii) 变换(发生方式):卷积操作是通过将卷积核与输入图像的每个位置进行元素乘法,并将乘积的总和作为输出的相应位置的像素值来实现的。卷积核通过在图像上滑动并与每个位置的像素进行乘法,以生成输出图像。
(iii) 输出:卷积操作的输出是一个新的图像,其中每个位置的像素值表示通过卷积操作从输入图像中提取的特征。
(2)
卷积操作与相关性操作的不同之处在于卷积操作使用卷积核的旋转180度的版本进行计算,而相关性操作则直接使用原始卷积核进行计算。卷积是线性位移不变的,意味着如果输入图像进行平移,输出图像也会相应平移。而相关性不具有这种性质,即相关性对输入图像的平移不具有等效性。
(3)
为了构建一个在卷积和相关性操作之间产生不同输出的情景,我们可以选择一个非对称的卷积核。例如:
1 | kernel = [[1, 2, 1], |
在卷积操作和相关性操作中,使用相同的输入图像和卷积核进行计算,然后比较它们的输出。以下为python代码:
1 | import numpy as np |
以下为代码执行结果:
(a)输入图像:
(b)卷积后图像:
(c)相关性后图像:
1.2 questions
高通滤波器(High Pass Filter)和低通滤波器(Low Pass Filter)是两种常见的图像滤波器,它们在图像处理和信号处理中具有不同的作用和效果。
(1)高通滤波器(High Pass Filter):
高通滤波器允许高频信息通过,削弱或滤除低频信息。
它对图像中的边缘、细节和纹理等高频部分更为敏感,可以增强图像的边缘和细节。
高通滤波器通常用于图像增强、边缘检测和特征提取等应用。
在频域上,高通滤波器会保留图像的高频分量,而减弱或抑制低频分量。
(2)低通滤波器(Low Pass Filter):
低通滤波器允许低频信息通过,削弱或滤除高频信息。
它对图像中的平滑区域和慢变化部分更为敏感,可以平滑图像并减少噪声。
低通滤波器通常用于图像平滑、去噪和模糊化等应用。
在频域上,低通滤波器会保留图像的低频分量,而减弱或抑制高频分量。
(a) A
(b)B
(c)C
(d)B
(e)A
2.Programming
2.1 Template Matching with Cross-correlation
2.1.1 cross-correlation
结果:
使用原生的template,识别准确率会降低
2.1.2 zero-mean cross-correlation
结果:
check_product_on_shelf():
2.1.3 Normalized cross-correlation
change_in_lighting_condition():
final_normalized_cross_correlation():
2.2 Hybrid images
report
(1) my_filter:
1 | def my_imfilter(image, kernel): |
结果:
(2)gen_hybrid_image
1 | def gen_hybrid_image(image1, image2, cutoff_frequency): |
结果:
(3)Extra requirements
my_imfilter_fft
1 | def my_imfilter_fft(image, kernel): |