專利名稱：面向紡織行業(yè)的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向紡織行業(yè)的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法。
背景技術(shù)：
紡織印染圖案的色彩分割是紡織印染行業(yè)中圖案編輯與設(shè)計必不可少的前期步驟，但是由于紡織印染行業(yè)中采用色彩半色調(diào)技術(shù)來減少生產(chǎn)成本，造成通過掃描紡織布料樣本得到的數(shù)字圖像中存在均勻分布的紋理噪聲，而紋理噪聲干擾紡織印染圖案的色彩分割精度，因此有必要在色彩分割之前，先去除紋理噪聲的干擾，提高色彩分割的精度。傳統(tǒng)的噪聲濾波方法中，假設(shè)圖像中噪聲是可疊加的高斯白噪聲，圖像信號和噪聲是相互獨立，且每個像素點上色彩受高斯白噪聲的影響是相互獨立的。如果事先知道高斯白噪聲的方差，則可以通過Wiener濾波，鄰域平滑平均，和小波變換加閾值等方法能較好地去除高斯白噪聲的干擾。但是紋理噪聲的特點和高斯白噪聲的特點很不一樣，由于紋理噪聲是由紡織行業(yè)的色彩半色調(diào)技術(shù)造成的，紋理噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有類周期性，相鄰像素點之間紋理噪聲不是完全獨立的，而是具有很大相關(guān)性，圖像信號和紋理噪聲也不是相互獨立的，因此需要一種面向紡織印染行業(yè)的濾波方法來去除圖像中紋理噪聲的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先所要解決的技術(shù)問題在于提供一種面向紡織行業(yè)的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法，提高后續(xù)紡織印染圖像色彩分割的精度。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，包括對彩色紡織樣布的數(shù)字圖像進行以下步驟處理
(1) 確定一個對中心點各向同性的滑動窗口，所述滑動窗口的寬度為所述數(shù)字圖像像素點間距的整數(shù)倍；
(2) 設(shè)定所述滑動窗口的一個或多個不同半徑數(shù)值，當(dāng)為設(shè)定多個不同半徑數(shù)值時，半徑數(shù)值從大到小排列，所述數(shù)字圖像中所有像素點初始化為邊緣點；
(3) 針對所述滑動窗口當(dāng)前半徑數(shù)值w，計算以所述數(shù)字圖像中邊緣點像
5素點為中心的所述滑動窗口內(nèi)部所有像素點的色彩平均值，并分別計算落在所述滑動窗口左半部，右半部，上半部和下半部像素點的色彩平均值
印，，^W復(fù),I:(")
(2w + +1) ^w=，w
&(/J)=o山二 j、 ^ ^c(W)(2w十l)(w + l)
(2w + l)(w + l)^w=%
(2w + l)(w + l)tt/=%
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
其中(i,j)表示像素點的空間坐標(biāo)，w表示所述滑動窗口當(dāng)前半徑的數(shù)值，以所述數(shù)字圖像中像素點間距為單位，(k, l)表示落在以像素點(i, j)為中心的滑動窗口內(nèi)部像素點的空間坐標(biāo)，c(A,/)表示位于像素點(k，l)的色彩，有三個分量，即紅色，綠色和藍(lán)色的數(shù)值，印，力表示以像素點(i, j)為中心的滑動窗口內(nèi)部所有像素點的色彩平均值，， ^0'，力，^(/,力和^0',力分別表示以像素點(i,j)為中心的滑動窗口左半部，右半部，上半部和下半部的色彩平均值；
(4) 分別計算滑動窗口色彩平均值5(/,力和5,(/,7')， ^a力，5 (/,力，^(/,力之間的色彩差異；
(5) 如果所計算色彩差異絕對值中最大值小于所設(shè)定第一閾值，則判定像素點(i，j)為均勻像素點；
(6) 對于均勻像素點，采用如下加權(quán)平均方法計算其平滑濾波后的色彩
0』=g S C("2+"闊 "、*= -w ￡ ￡exp(-0;2+;c2)/2W) (。)
其中^/,(/,力表示位于(i,j)均勻像素點平滑濾波后的色彩，c(、/)表示落在以像素點(i,j)為中心的滑動窗口內(nèi)像素點的色彩，(k,l)表示窗口內(nèi)像素點的空間位置，而w表示所述滑動窗口的當(dāng)前半徑數(shù)值，(y, x)表示當(dāng)前滑動窗口內(nèi)像素點相對于當(dāng)前滑動窗口內(nèi)中心像素點(i, j)的位置；
(7) 根據(jù)所述滑動窗口的當(dāng)前半徑，重復(fù)步驟(3)到(6)，直至搜索完所
6述數(shù)字圖像中以當(dāng)前滑動窗口半徑大小判定為均勻像素點的所有像素點；
(8) 判斷所述滑動窗口是否己取完所有的半徑數(shù)值，如果是，則跳到步驟(9)，反之，則所述滑動窗口取下一個半徑數(shù)值，第一閾值相應(yīng)增大，重復(fù)步驟(3)到(8);
(9) 對于所述數(shù)字圖像中剩余的邊緣點，則需要在一個以邊緣點Xi為中心的鄰域窗口中尋找與其相似的像素點，其相似度計算如下
— 1 (m,. — w》 一附》必"^ ， wy) = s {-+ ~^-}
2 CT, (Ty
(7)
其中g(shù)表示以邊緣點、為中心的方塊，而&則表示以位于邊緣點x,鄰域窗口內(nèi)像素點x)為中心的方塊，兩個方塊的大小一致，而x,和x,.表示這兩個像素點的空間坐標(biāo)，/^和附;分別表示這兩個方塊亮度分量的均值，of和o^則表示這
兩個方塊亮度分量的方差，^W(i ,.，^)表示以邊緣點Xi為中心的方塊和以像素點
^為中心的方塊的相似度，如果這兩個方塊的相似度小于第二閾值，則位于x"象素點與位于x,的邊緣點相似，反之，位于xj象素點的色彩在邊緣點x,的平滑濾波中不予考慮；
(10) 等搜索完位于邊緣點鄰域窗口內(nèi)所有相似點，采用如下加權(quán)平均方法計算其平滑濾波后的色彩
/ 、 T / 、c冊(x,.): Kx,)^;--^~
其中c^(x,)表示位于x,邊緣點平滑濾波后的色彩，4表示第二閾值，K(-)表示一個單調(diào)下降函數(shù)，K,表示位于x,邊緣點鄰域窗口中所有與其相似的像素點集合，j表示相似像素點的標(biāo)記，e0O表示位于^.像素點的色彩；
(11) 重復(fù)步驟(9)和(10),直至所有邊緣點處理完畢。
采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案，能消除由于紡織行業(yè)半色調(diào)技術(shù)引起的紋理噪聲干擾，提高紡織印染圖像色彩分割的精度，為紡織行業(yè)自動描圖提供技術(shù)支持。
受非高斯紋理噪聲干擾的紡織印染圖像在不同的空間尺度上具有自相似性，上述技術(shù)方案的步驟(3)根據(jù)紡織印染圖像中每個像素點鄰域窗口內(nèi)部的自相似性來區(qū)分像素點是位于色彩均勻區(qū)域內(nèi)部還是落在不同色彩區(qū)域之間的邊緣地帶；上述技術(shù)方案的步驟(4)針對位于色彩均勻區(qū)域內(nèi)部的像素點，可以利用人眼視覺系統(tǒng)的低通濾波特性，采用鄰域加權(quán)平均方法平滑紋理噪聲的干擾；步驟(9)和(10)則針對位于色彩區(qū)域邊緣的像素點，在一個較大尺度的窗口中尋找與其鄰域模板相似的像素點，然后通過這些相似像素點色彩的加權(quán)平均能有效消除紋理噪聲的干擾；另外在一幅紡織印染圖像中邊緣像素點個數(shù)相對比較少，本方法中滑動窗口半徑采用多個數(shù)值，可以從大空間尺度到小空間尺度較精確定位落在不規(guī)則邊緣地帶的像素點；另一方面由于邊緣像素點需要在一個比較大的鄰域窗口中在尋找其相似的像素點，精確定位邊緣像素點能減少濾波處理的計算量。


圖1是本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式
(1) 掃描一彩色紡織印染樣布，獲得彩色紡織樣布的數(shù)字圖像。
(2) 初始狀態(tài)下，所有的像素點標(biāo)記為邊緣點，初始第一閾值一般設(shè)為10;
(3) 這里滑動窗口為正方形，滑動窗口半徑w可以取多個不同數(shù)值， 一般取值為7和5。
(4) 根據(jù)滑動窗口當(dāng)前半徑數(shù)值w，對圖像作相應(yīng)的上下左右對稱擴展，輸入圖像的寬度和高度分別為附rf^和/fe/g&，那么擴展后圖像的寬度和高度分別為附&"2w和故/g^+2w,可以先對圖像的行進行對稱擴展，然后再對列進行對稱擴展，即
尸(/, w + 2 - _/); 1《/《//e妙f ，1S 乂' S w/c (/， — w); 1S!' S //e妙f ， w + lS+附湖:(/,2歸/j + w — y); 1 ^ " //e妙/, w +歸/z +1S y' 2 2w +歸a
(1)
/二—加(w + 2 — i，力；12 2 w,l S ^ 2 w +附^M— w, ■/); w +1 S / 2 w + //e妙/，1 2 《2w +附湖
(2)
這里尸是表示圖像的某一色彩分量，在rgb色彩空間中分別表示紅色，綠色或藍(lán)色分量，/乙— ,是對色彩分量尸行方向的對稱擴展，而/L是在/二—w基礎(chǔ)上對列方向進行對稱擴展后圖像。
8或者也可以先對圖像的列進行對稱擴展，然后再對行進行對稱擴展，即
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中C-ex,是對色彩分量尸在列方向方向上的對稱擴展，而《,是在C基礎(chǔ)上對行方向進行對稱擴展后的圖像，兩種對稱擴展方式得到的擴展圖像是一樣的。
(5) 半徑為W正方形滑動窗口在擴展后圖像內(nèi)部作從上到下，從左到右的之字形掃描，即除去滑動窗口半徑大小邊框的圖像內(nèi)部，擴展圖像內(nèi)
部的大小和輸入圖像的原始尺寸是一樣的，下面步驟(6)-(8)的處理只針對標(biāo)記為邊緣點的像素點。
(6) 當(dāng)滑動窗口停留在邊緣像素點(i， j)位置時，計算落在滑動窗口內(nèi)部
所有像素點的平均色彩，以及落在窗口左半部，右半部，上半部和下
半部像素點的平均色彩，計算如下
1 y+w
&o'，_/)=
I] 2>(")
(2w + l)
1 l+W
W，_/)=
(2w + l) + l)么么
1 /+沐y+w
-^-f; !>ou)
(2w + l)(w + l)土力
1 '■ 乂+w
-^- S !>(fc，/)
(2w + l)(w + l)^4^、
(5)
(6)
(7)
(8)
1
工5>(")
(9)
(2w + l)(w + l)t^
其中w表示滑動窗口當(dāng)前所取的半徑數(shù)值，窗口的邊長為2w+l，為圖像中像素點間距的奇數(shù)倍，(k，l)表示落在以邊緣像素點(i，j)為中心的滑動窗口內(nèi)部像素點的空間坐標(biāo)，c(A,/)表示像素點(k，l)的色彩，有三個分量，即紅色，綠色和
9藍(lán)色的數(shù)值，5"/)表示以邊緣像素點(i, j)為中心的滑動窗口內(nèi)部所有像素點的色彩平均值，5,(Z',力，^(!'，力，^(Z'，力和^(Z，力分別表示落在以邊緣像素點(i，j)為中心的滑動窗口左半部，右半部，上半部和下半部像素點的色彩平均值，同樣印,/)， , W，力，5力'，刀和也有三個分量，即紅色，綠色和藍(lán)色
三個數(shù)值。
(7) 計算滑動窗口內(nèi)色彩平均值i(z'，刀和其內(nèi)部四個子窗口色彩平均值W，力,W，力，&(/，/)， 之間色彩差異，形成一個3x4色彩差異矩陣，如果該矩陣中絕對值最大數(shù)值小于第一閾值，則將當(dāng)前像素點(i,j)標(biāo)記為均勻像素點。
(8) 對于均勻像素點，采用如下加權(quán)平均方法計算其平滑濾波后的色彩
g |>p(—(/+ )/2h0 (10)
其中、a力表示位于(i， j)均勻rfi;:;滑濾波后的色彩，c(^/)表示落在以
像素點(i,j)為中心的滑動窗口內(nèi)部像素點的色彩，(k,l)表示像素點在窗口內(nèi)部的空間位置，而w表示滑動窗口當(dāng)前半徑的數(shù)值，(y, x)表示當(dāng)前滑動窗口內(nèi)所有像素點相對中心點(i，j)的位置。
(9) 滑動窗口掃描完圖像中當(dāng)前所有標(biāo)記為邊緣點的像素點。
(10) 滑動窗口的半徑取下一個數(shù)值，將第一閾值設(shè)為前一次循環(huán)中第一閾值的兩倍大小，重復(fù)步驟(4)到步驟(9),直到滑動窗口半徑的所有取值都完成。
(11) 對于數(shù)字圖像中標(biāo)記為邊緣點的剩余像素點，則在一個以邊緣點為中心的鄰域窗口中尋找與其相似的像素點， 一般這鄰域窗口的半徑為7,也就是鄰域窗口大小為15x15,窗口內(nèi)共有225個像素點，每個邊緣點都要與周圍225個像素點計算它們的相似度(對于落于圖像邊界的像素點，同樣可以采用前面的對稱擴展方法對圖像進行擴展，這時窗口半徑為7，因此公式(1)和(2)，或公式(3)和(4)中w=7):
1 (m, 一附,.)2 (附,—)2
2 A (11)
其中iJ,.表示以邊緣點x,為中心的方i央，x,.是當(dāng)前邊緣點的空間坐標(biāo)，而&則
表示以位于邊緣點x,.鄰域窗口內(nèi)像素點、為中心的方塊，兩個方塊的大小一致，一般大小為3x3，而x,和Xy表示這兩個像素點的空間坐標(biāo)，/^和/^.分別表示這兩個方塊亮度分量的均值， 一和一則表示這兩個方塊亮度分量的方差，
cforo;,，&.)表示這兩個方塊之間的相似度，如果這兩個方塊的相似度小于第二閾
值入a，則認(rèn)為位于^像素點與位于、的邊緣點相似，反之，位于Xy像素點的色
彩在邊緣點x,.的平滑濾波中不予考慮；
(12) 第二閾值、取的是;^^統(tǒng)計分布的一個分位點，由于計算兩個像素點相似度時采用的3x3鄰域模板，因此自由度52=9，這里取l一a-0.99分位點的數(shù)值作為第二閾值。
(13) 等搜索完位于邊緣點x,.鄰域窗口內(nèi)所有相似點，采用如下加權(quán)平均方法計算其平滑濾波后的色彩
r &、- YVi 、単XW))
M ')一血("2X《辟,,"-*)) f 12、
Ae 、"J其中C^(X,.)表示位于X,邊緣點平滑濾波后的色彩，4表示第二閾值，K(-)
表示一個單調(diào)下降函數(shù)，一般為單調(diào)下降指數(shù)函數(shù)K(z)-exp(-z/2)， z是函數(shù)中自變量，^表示位于邊緣點x,.鄰域窗口中與^相似的所有像素點集合，j表示相似像素點的標(biāo)記，c(x》表示位于、像素點的色彩。
(14) 重復(fù)步驟(10)至步驟(12)，直至處理完所有的邊緣點。
(15) 輸出濾波后的圖像。
1權(quán)利要求
1. 一種面向紡織行業(yè)的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法，其特征在于它包括對彩色紡織樣布的數(shù)字圖像進行以下步驟處理(1)確定一個對中心點各向同性的滑動窗口，所述滑動窗口的寬度為所述數(shù)字圖像像素點間距的整數(shù)倍；(2)設(shè)定所述滑動窗口的一個或多個不同半徑數(shù)值，當(dāng)為設(shè)定多個不同半徑數(shù)值時，半徑數(shù)值從大到小排列，所述數(shù)字圖像中所有像素點初始化為邊緣點；(3)針對所述滑動窗口當(dāng)前半徑數(shù)值w，計算以所述數(shù)字圖像中邊緣點像素點為中心的所述滑動窗口內(nèi)部所有像素點的色彩平均值，并分別計算落在所述滑動窗口左半部，右半部，上半部和下半部像素點的色彩平均值其中(i，j)表示像素點的空間坐標(biāo)，w表示所述滑動窗口當(dāng)前半徑的數(shù)值，以所述數(shù)字圖像中像素點間距為單位，(k，l)表示落在以像素點(i，j)為中心的滑動窗口內(nèi)部像素點的空間坐標(biāo)，c(k，l)表示位于像素點(k，l)的色彩，有三個分量，即紅色，綠色和藍(lán)色的數(shù)值，<overscore>c</overscore>(i，j)表示以像素點(i，j)為中心的滑動窗口內(nèi)部所有像素點的色彩平均值，<overscore>c</overscore>l(i，j)，<overscore>c</overscore>r(i，j)，<overscore>c</overscore>u(i，j)和<overscore>c</overscore>d(i，j)分別表示以像素點(i，j)為中心的滑動窗口左半部，右半部，上半部和下半部的色彩平均值；(4)分別計算滑動窗口色彩平均值<overscore>c</overscore>(i，j)和<overscore>c</overscore>l(i，j)，<overscore>c</overscore>r(i，j)，<overscore>c</overscore>u(i，j)，<overscore>c</overscore>d(i，j)之間的色彩差異；(5)如果所計算色彩差異絕對值中最大值小于所設(shè)定第一閾值，則判定像素點(i，j)為均勻像素點；(6)對于均勻像素點，采用如下加權(quán)平均方法計算其平滑濾波后的色彩其中<overscore>c</overscore>filt(i，j)表示位于(i，j)均勻像素點平滑濾波后的色彩，c(k，l)表示落在以像素點(i，j)為中心的滑動窗口內(nèi)像素點的色彩，(k， )表示窗口內(nèi)像素點的空間位置，而w表示所述滑動窗口的當(dāng)前半徑數(shù)值，(y，x)表示當(dāng)前滑動窗口內(nèi)像素點相對于當(dāng)前滑動窗口內(nèi)中心像素點(i，j)的位置；(7)根據(jù)所述滑動窗口的當(dāng)前半徑，重復(fù)步驟(3)到(6)，直至搜索完所述數(shù)字圖像中以當(dāng)前滑動窗口半徑大小判定為均勻像素點的所有像素點；(8)判斷所述滑動窗口是否已取完所有的半徑數(shù)值，如果是，則跳到步驟(9)，反之，則所述滑動窗口取下一個半徑數(shù)值，第一閾值相應(yīng)增大，重復(fù)步驟(3)到(8)；(9)對于所述數(shù)字圖像中剩余的邊緣點，則需要在一個以邊緣點xi為中心的鄰域窗口中尋找與其相似的像素點，其相似度計算如下其中表示以邊緣點xi為中心的方塊，而則表示以位于邊緣點xi鄰域窗口內(nèi)像素點xj為中心的方塊，兩個方塊的大小一致，而xi和xj表示這兩個像素點的空間坐標(biāo)，mi和mj分別表示這兩個方塊亮度分量的均值，和則表示這兩個方塊亮度分量的方差，表示以邊緣點xi為中心的方塊和以像素點xj為中心的方塊的相似度，如果這兩個方塊的相似度小于第二閾值，則位于xj像素點與位于xi的邊緣點相似，反之，位于xj像素點的色彩在邊緣點xi的平滑濾波中不予考慮；(10)等搜索完位于邊緣點鄰域窗口內(nèi)所有相似點，采用如下加權(quán)平均方法計算其平滑濾波后的色彩其中cfilt(xi)表示位于xi邊緣點平滑濾波后的色彩，其中λα表示第二閾值，K(·)表示一個單調(diào)下降函數(shù)，表示位于xi邊緣點鄰域窗口中所有與其相似的像素點集合，j表示相似像素點的標(biāo)記，c(xj)表示位于xj像素點的色彩；(11)重復(fù)步驟(9)和(10)，直至所有邊緣點處理完畢。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向紡織行業(yè)的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法，其特征在于所述對中心點各向同性的窗口為正方形或圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向紡織行業(yè)的的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法，其特征在于所述步驟(5)第二閾值是根據(jù)卡方f分布的分位點來確定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種面向紡織行業(yè)的非高斯紋理噪聲平滑濾波方法。本發(fā)明的技術(shù)方案可區(qū)分像素點是位于色彩均勻區(qū)域內(nèi)部還是落在不同色彩區(qū)域之間的邊緣地帶；針對位于色彩均勻區(qū)域內(nèi)部的像素點，采用鄰域加權(quán)平均方法平滑紋理噪聲的干擾；針對位于色彩區(qū)域邊緣的像素點，在一個較大尺度的窗口中尋找與其鄰域模板相似的像素點，然后通過這些相似像素點色彩的加權(quán)平均能有效消除紋理噪聲的干擾；另外在一幅紡織印染圖像中邊緣像素點個數(shù)相對比較少，本方法可以從大空間尺度到小空間尺度較精確定位落在不規(guī)則邊緣地帶的像素點；另一方面由于邊緣像素點需要在一個比較大的鄰域窗口中在尋找其相似的像素點，精確定位邊緣像素點能減少濾波處理的計算量。
文檔編號G06T5/00GK101464998SQ20091009565
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者陸系群 申請人:浙江大學(xué)