Funktion "Faltung"
Die Funktion "Faltung" führt die Filterung der Pixelwerte in einem Bild aus, z. B. für das Scharf- oder Weichzeichnen eines Bildes, für das Ermitteln der Kanten in einem Bild oder für andere Kernel-basierte Verbesserungen.
Die Eingaben für diese Funktion sind Folgende:
- Eingabe-Raster
- Typ
- Kernel
Faltungsfiltertypen
Filter werden verwendet, um die Qualität eines Raster-Bilds durch das Entfernen von unkorrekten Daten oder durch die Erweiterung von Features in den Daten zu verbessern Diese Faltungsfilter werden auf einen bewegten, überlappenden Kernel (Fenster oder Nachbarschaft) angewendet (z. B. 3 x 3). Die Funktion "Faltung" filtert Ihre Arbeit durch eine Berechnung des Pixelwertes auf Grundlage der Gewichtung seiner Nachbarn.
Es gibt eine Reihe von Faltungsfiltern, die in dieser Funktion ausgewählt werden können. Innerhalb dieser Funktion können Sie zwischen einer Vielzahl von Faltungsfiltertypen wählen.
Sie können auf das Bild beispielsweise einen Medianwertfilter anwenden, indem Sie eine Gewichtung von 1/9 für einen Kernel von 3 x 3 angeben. Dadurch erhält jedes Pixel im Kernel dieselbe Gewichtung. Mit diesem Filter können Bilder geglättet werden. Es gibt noch andere Kernels, mit denen Sie z. B. Kanten schärfen oder erweitern können. Sie können auch verschiedene Filter kombinieren, um ein bestimmtes Ergebnis zu erzielen. Wenn Sie beispielsweise einen Filter anwenden möchten, der Flecken entfernt oder das Bild glättet, dann wenden Sie einen Filter an, der Kanten erkennt.
Wenden Sie für ein optimales Ergebnis eine Histogrammstreckung an, um den Kontrast oder die Helligkeit des Bildes anzupassen und Features hervorzuheben.
Die folgenden Beispiele werden auf eines dieser beiden Bilder angewendet:
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Kantenerkennungsfilter
Verlaufstypen
Verlaufsfilter können in 45-Grad-Schritten für die Kantenerkennung verwendet werden.
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Gradient Ost |
Ein 3x3-Filter 1 0 -1 2 0 -2 1 0 -1 |
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Gradient Nord |
Ein 3x3-Filter -1 -2 -1 0 0 0 1 2 1 |
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Gradient Nordost |
Ein 3x3-Filter 0 -1 -2 1 0 -1 2 1 0 |
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Gradient Nordwest |
Ein 3x3-Filter -2 -1 0 -1 0 1 0 1 2 |
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Gradient Süd |
Ein 3x3-Filter 1 2 1 0 0 0 -1 -2 -1 |
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Gradient West |
Ein 3x3-Filter -1 0 1 -2 0 2 -1 0 1 |
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Laplace-Typen
Für die Kantenerkennung werden oft Laplace-Filter verwendet. Sie werden meist auf ein Bild angewendet, das geglättet wurde, um zuerst seine Empfindlichkeit für Rauschen zu reduzieren.
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Laplace-Operator 3x3 |
Ein 3x3-Filter 0 -1 0 -1 4 -1 0 -1 0 |
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Laplace-Operator 5x5 |
Ein 5x5-Filter 0 0 -1 0 0 0 -1 -2 -1 0 -1 -2 17 -2 -1 0 -1 -2 -1 0 0 0 -1 0 0 |
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Typen von Linienerkennung
Linienerkennungsfilter, wie Verlaufsfilter, können verwendet werden, um eine Kantenerkennung durchzuführen.
Sie erzielen möglicherweise bessere Ergebnisse, wenn Sie vor einem Kantenerkennungsalgorithmus einen Glättungsalgorithmus anwenden.
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Linienerkennung horizontal |
Ein 3x3-Filter -1 -1 -1 2 2 2 -1 -1 -1 |
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Linienerkennung links diagonal |
Ein 3x3-Filter 2 -1 -1 -1 2 -1 -1 -1 2 |
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Linienerkennung rechts diagonal |
Ein 3x3-Filter -1 -1 2 -1 2 -1 2 -1 -1 |
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Linienerkennung vertikal |
Ein 3x3-Filter -1 0 -1 -1 2 -1 -1 2 -1 |
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Sobel-Typen
Der Sobel-Filter wird zur Kantenerkennung verwendet.
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Sobel horizontal |
Ein 3x3-Filter -1 -2 -1 0 0 0 1 2 1 |
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Sobel vertikal |
Ein 3x3-Filter -1 0 1 -2 0 2 -1 0 1 |
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Schärfungs- und Glättungsfilter
Schärfungstypen
Der Schärfungsfilter (Hochpassfilter) betont den relativen Unterschied zwischen den Werten und ihren Nachbarn. Ein Hochpassfilter berechnet mithilfe einer gewichteten Kernel-Nachbarschaft für jede Zelle der Eingabe die fokale Summenstatistik. Er stellt die Grenzen zwischen Features (z. B. einem Gewässer und einem angrenzenden Wald) dar und schärft so die Kanten zwischen Objekten. Der Hochpassfilter wird als Kantenerweiterungsfilter bezeichnet. Der Kernel des Hochpassfilters legt fest, welche Zellen in der Nachbarschaft verwendet und wie sie gewichtet werden sollen (durch Multiplizieren).
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Schärfen |
Ein 3x3-Filter 0 -0.25 0 -0.25 2 -0.25 0 -0.25 0 |
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Schärfen II |
Ein 3x3-Filter -0.25 -0.25 -0.25 -0.25 3 -0.25 -0.25 -0.25 -0.25 |
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Schärfen 3x3 |
Ein 3x3-Hochpassfilter -1 -1 -1 -1 9 -1 -1 -1 -1 |
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Schärfen 5x5 |
Ein 5x5-Hochpassfilter -1 -3 -4 -3 -1 -3 0 6 0 -3 -4 6 21 6 -4 -3 0 6 0 -3 -1 -3 -4 -3 -1 |
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Typen von Glättungen
Glättungsfilter (Tiefpassfilter) glätten die Daten, indem sie lokale Variation reduzieren und Rauschen entfernen. Der Tiefpassfilter berechnet den Durchschnittswert (Mittelwert) für jede Nachbarschaft. Dadurch werden die hohen und niedrigen Werte in jeder Nachbarschaft gemittelt und so die extremen Werte in den Daten reduziert.
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Geglättetes arithmetisches Mittel |
Ein 3x3-Filter 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 |
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Glätten 3x3 |
Ein 3x3-Tiefpassfilter 1 2 1 2 4 2 1 2 1 |
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Glätten 5x5 |
Ein 5x5-Tiefpassfilter 1 1 1 1 1 1 4 4 4 1 1 4 12 4 1 1 4 4 4 1 1 1 1 1 1 |
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Andere Filter
Punktverteilungstyp
Die Punktverteilungsfunktion gibt die Lichtverteilung von einer Punktquelle durch eine Linse an. Dadurch entsteht eine leichte Unschärfe.
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Typ |
Beschreibung |
Beispiel | |
|---|---|---|---|
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Punktverteilung |
Ein 3x3-Filter -0.627 0.352 -0.627 0.352 2.923 0.352 -0.627 0.352 -0.627 |
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