Быстрый медианный фильтр с окном фильтрации 3×3.

Цифровых фильтр, используемый в обработке изображений для уменьшения уровня шума. Реализован на языке С++ с использованием фреймворка OpenCV

Описание работы алгоритма

Алгоритм поиска двух медиан:

Поиск медиан пикселей происходит слева направо, сверху вниз. На каждом шаге будем искать медианы сразу двух соседних пикселей. Храним 4 массива длинны 3 (обозначены на рис. 1) На новой строке изначально находимся в пикселе F(2, y), будем искать медианы пикселя F(2, y) и S(3, y). Заполним 4 массива значениями нужных пикселей (firstTempArray пикселями (1, y - 1) - (1, y + 1), secondTempArray пикселями (2, y - 1) - (2, y + 1) и т.д) 0) Отсортируем firstTempArray и secondTempArray

1. Отсортируем thirdTempArray и fourthTempArray
2. Сольем secondTempArray и thirdTempArray, назовем новый массив result.
3. Медиана F - это медиана слияния result с firstTempArray
4. Медиана S - это медиана слияния result с secondTempArray

Операция слияния аналогична одноименной операции в mergeSort

На следующем шаге сдвинемся на 2 позиции право. Будем искать медианы пикселей (4, y) и (5, y). Заметим, что новые "зеленый" и "синий" массивы пикселей соответствуют thirdTempArray и fourthTempArray из предыдущего шага. Эти два массива остались отсортированными после предыдущего шага. Тогда сделаем swap(firstTempArray, thirdTempArray), swap(secondTempArray, fourthTempArray), заполним thirdTempArray пикселями (5, y - 1) - (5, y + 1), fourthTempArray пикселями (6, y - 1) - (6, y + 1) и вернемся к пункту 1.

рис. 1

Если ширина изображения нечетна (как например в случае выше), то два последних ряда останутся необработанными, в этом случай запустим аналогичный алгоритм поиска двух медиан по предпоследнему столбцу сверху вниз (рис. 2). Если же нечетна и высота, то пиксель предпоследней строки предпоследнего столбца окажется необработан. Найдем его медиану отдельно.

рис. 2

Данный алгоритм не обрабатывает пиксели по краям. Их мы обработаем отдельно, найдя медианы соседних 4, если пиксель угловой, или 6 элементов, если пиксель на первой-последней столбце-строке, но не в углу. Зато данный алгоритм будет работать с любыми изображениями, кроме тех, чья длина или ширина меньше или равна нулю

Сборка и запуск с помощью CMake:

В CLion

Чтобы собрать и запустить программу, например в CLion, достаточно просто открыть папку с CMakeLists.txt, main.cpp, MedianFilterCV_8U.h и MedianFilterCV_8U.cpp, CLion сам найдет CMakeLists.txt и сделаем все за нас)

В терминале

Для начала откроем терминал и перейдем в директорию, где лежит CMakeLists.txt, main.cpp, MedianFilterCV_8U.h и MedianFilterCV_8U.cpp Создадим makefile, сделаем это с помощью СMakeLists.txt:

# CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.13)
project(MedianFilter)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -std=c++17")

#set(CMAKE_PREFIX_PATH "/Users/Fadeev/installation/OpenCV-")
set(CMAKE_PREFIX_PATH "YOUR_PATH_TO_OPENCV") 

find_package(OpenCV REQUIRED)

include_directories(${OpenCV_INCLUDE_DIRS})
add_executable(MedianFilter main.cpp MedianFilterCV_8U.h MedianFilterCV_8U.cpp)
target_link_libraries(MedianFilter ${OpenCV_LIBS})

Не забудьте заменить YOUR_PATH_TO_OPENCV на правильный префикс.

Запустим:

$ cmake CMakeLists.txt

После этого должен создаться Makefile, запустим его:

$ make

Теперь должен создаться исполняемый файл MedianFilter, который можно запустить следующей командой:

$ ./MedianFilter PATH_TO_INPUT_IMAGE PATH_TO_OUTPUT_IMAGE THRESHOLD_VALUE

К примеру команда ниже применяет алгоритм медианной фильтрации к изображению in.jpeg, находящемуся в этой же директории и сюда же сохраняет результат с именем out.jpeg. Используемое пороговое значение при этом равно 30

$ ./MedianFilter in.jpeg out.jpeg 30

Пожалуйста, указывайте THRESHOLD_VALUE в диапазоне от 0 до 255 Если THRESHOLD_VALUE не указать, то по умолчанию выставится значение, равное нулю

Пример работы:

Пороговое значение равно 15

Пороговое значение равно 30

Пороговое значение равно 45

Пороговое значение равно 60

Подсчет количества операций для изображения размера 1920×1080

Самый сложный момент, как мне кажется. Непонятно что считать за операцию. К примеру операция ++i - это одна операция? Операция - это одна ассемблер команда? При подсчете было допущено достаточно много волностей, но итоговое значение - 226 564 958.

В коде расписано подробнее

Спасибо за внимание :)