【ITK库学习】使用itk库进行图像滤波ImageFilter：邻域滤波

本文主要是介绍【ITK库学习】使用itk库进行图像滤波ImageFilter：邻域滤波，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

领域滤波是一种信号处理方法，用于去除信号中的噪声或不相关信号，并保留感兴趣的信号。它基于信号在不同频率上的分布特性进行滤波处理。

根据滤波器的设计原理：时域滤波、频域滤波。

时域滤波：在时间域上对信号进行滤波处理，图像去噪可以使用：均值滤波、中值滤波、高斯滤波等。这些方法通过对信号在一段时间窗口内的采样点进行处理，平滑信号或去除异常值。

频域滤波：在频率域上对信号进行滤波处理，常用方法有：傅里叶变换、离散余弦变换等。

1、itkMeanImageFilter 均值滤波器

该类主要功能是对图像应用平均滤波器。

计算图像，其中给定像素是对应输入像素附近邻域中像素的平均值，对领域内的奇异值很敏感

均值滤波器是线性滤波器系列之一。

示例代码：

#include "itkImage.h"
#include "itkMeanImageFilter.h"typedef itk::Image<short, 3> ShortImageType;bool meanImageFilter(ShortImageType* image, ShortImageType* outputImage)
{ShortImageType::SizeType indexRadius;indexRadius[0] = 1; // radius along xindexRadius[1] = 1; // radius along yindexRadius[2] = 1; // radius along ztypedef itk::MeanImageFilter<ShortImageType, ShortImageType> MeanFiterType;typename MeanFiterType::Pointer meanFilter = MeanFiterType::New();meanFilter->SetInput(image);meanFilter->SetRadius(indexRadius);try{meanFilter->Update();}catch (itk::ExceptionObject& ex){//读取过程发生错误std::cerr << "Error: " << ex << std::endl;return false;}outputImage = meanFilter->GetOutput();return true;
}

2、itkMedianImageFilter 中值滤波器

该类的作用是对图像应用中值滤波器。

计算图像，其中给定像素是对应输入像素附近邻域中像素的中值。中值滤波器是非线性滤波器之一。 它用于平滑图像，而不会受到异常值或散粒噪声的影响。

此滤波器对消除椒盐噪声更加有效。

此过滤器要求输入像素类型提供运算符<()（小于可比较）。

示例代码：

#include "itkImage.h"
#include "itkMedianImageFilter.h"typedef itk::Image<short, 3> ShortImageType;bool medianImageFilter(ShortImageType* image, ShortImageType* outputImage)
{ShortImageType::SizeType indexRadius;indexRadius[0] = 1; // radius along xindexRadius[1] = 1; // radius along yindexRadius[2] = 1; // radius along ztypedef itk::MedianImageFilter<ShortImageType, ShortImageType> MedianFiterType;typename MedianFiterType::Pointer medianFilter = MedianFiterType::New();medianFilter->SetInput(image);medianFilter->SetRadius(indexRadius);try{medianFilter->Update();}catch (itk::ExceptionObject& ex){//读取过程发生错误std::cerr << "Error: " << ex << std::endl;return false;}outputImage = medianFilter->GetOutput();return true;
}

3、itkBinaryMedianImageFilter 二值中值滤波器

该类的作用相当于再一个二值图像中应用中值滤波器。

该滤波器计算图像时，其中输出像素=其对应的输入邻域像素的中值。 对于二值图像的情况，可以通过简单地计算前景的邻域值来获得中值，即计算当前像素周围ON/Off像素的数量来优化运行。

中值滤波器是非线性滤波器家族之一。它用于平滑图像，而不会受到异常值或散粒噪声的影响。

常用的成员函数：

• Set/GetRadius()：设置/获取用于计算中位数的邻域半径
• Set/GetForegroundValue()：设置/获取与二进制输入图像上的前景关联的值
• Set/GetBackgroundValue()：设置/获取与二进制输入图像上的背景关联的值

示例代码：

#include "itkImage.h"
#include "itkBinaryMedianImageFilter.h"typedef itk::Image<short, 3> ShortImageType;bool binaryMedianImageFilter(ShortImageType* image, ShortImageType* outputImage)
{ShortImageType::SizeType indexRadius;indexRadius[0] = 1; // radius along xindexRadius[1] = 1; // radius along yindexRadius[2] = 1; // radius along ztypedef itk::BinaryMedianImageFilter<ShortImageType, ShortImageType> BinaryMedianFilterType;typename MedianFiterType::Pointer bMedianFilter = MedianFiterType::New();bMedianFilter->SetInput(image);bMedianFilter->SetRadius(indexRadius);try{bMedianFilter->Update();}catch (itk::ExceptionObject& ex){//读取过程发生错误std::cerr << "Error: " << ex << std::endl;return false;}outputImage = bMedianFilter->GetOutput();return true;
}

4、扩展itkNeighborhood

用于存储N维邻域值的轻量级容器对象。

它是一个模板类，表示一个多维邻域，其元素的类型由模板参数指定。它以一个中心索引和沿每个维度的偏移量为基础描述了一个规则的邻域形状。

是其他几个itk对象（例如 itk::NeighborhoodOperator 和 itk::NeighborhoodIterator）的基类，其目的是存储值及其相对空间位置。

邻域具有N维半径，每个维度的半径分别定义为邻域从中心像素向外延伸的像素数。 例如，半径为 2x3 的 2D Neighborhood 对象的边长为 5x7，邻域对象总是有一个明确的中心，因为它们的边长总是奇数。

5、扩展itkNeighborhoodIterator

定义 itk::Image 上像素的局部N维邻域的迭代。

此类是标准模板库 (STL) 双向迭代器概念对itk::Image对象内像素邻域掩码的松散扩展。 NeighborhoodIterator 基类定义了图像上 N维邻域掩模的简单正向和反向迭代，可以使用Neighborhood作为邻域形状在给定输入图像中遍历这个邻域，它可以像访问数组中的元素一样访问输入图像（掩码）中的元素。

NeighborhoodIterators旨在封装处理图像邻域的一些复杂性，必须在算法级别进行管理。 使用 NeighborhoodIterators来简化对图像执行几何局部操作（例如，卷积和形态学操作）的算法的编写，可以方便地对邻域内的像素进行操作和计算。

6、扩展itkNeighborhoodOperator

定义所有邻域运算符子类型的公共接口的虚拟类。

它属于一个抽象基类，表示一个规则化的邻域操作，它接受一个输入像素和它的邻域，然后输出一个结果像素，规定了如何计算输出像素。

它是一组像素值，可以应用于Neighborhood来执行用户定义的操作（即卷积核、形态结构元素）。 NeighborhoodOperator本身就是一个专门的Neighborhood，具有根据用户定义的参数生成其系数的功能。 由于该运算符是 Neighborhood 的子类，因此它是 Neighborhood 对象上定义的任何操作（卷积、内积等）中的有效操作数。

NeighborhoodOperator 是一个纯虚拟对象，必须对其进行子类化才能使用，用户的子类必须实现两个方法：

(1)生成系数GenerateCoefficients——计算算子标量系数的算法。

(2) 填充Fill ——将标量系数放入算子的内存缓冲区中的算法（将它们在空间上排列在邻域中）。

NeighborhoodOperator 支持“方向运算符”的概念。在此上下文中，方向运算符被定义为沿单个维度应用的运算符。 此类算子的示例包括方向导数和可分离过程（例如高斯平滑）的单独方向分量。

NeighborhoodOperator 如何应用于数据取决于定义它的用户。 运算符的一种可能用途是采用其内积与邻域值来生成标量结果。 当应用于图像中感兴趣区域的连续邻域时，该过程会影响卷积。

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