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二、下采样Downsampling
下采样是高斯金字塔构建过程中的一个重要环节其目的是减小图像的分辨率从而生成金字塔的下一层图像。下采样的具体步骤通常包括
高斯模糊首先对原始图像或当前层的图像进行高斯模糊处理。高斯模糊是一种减少图像噪声和细节的方法它通过使用高斯函数作为权重函数来对图像进行平滑处理。下采样在高斯模糊之后进行亚采样操作。亚采样通常是通过删除图像的偶数行和偶数列或其他规则的间隔采样来实现的这样处理后的图像面积将是原图的四分之一。亚采样操作进一步减小了图像的分辨率为构建金字塔的下一层提供了基础。
通过不断重复上述步骤可以构建出高斯金字塔的多个层级每个层级的图像分辨率逐渐降低但保留了图像的主要结构和特征。
三、上采样Upsampling
与下采样相反上采样是增加图像分辨率的过程通常用于从金字塔的较低层级重建较高层级的图像。然而在高斯金字塔中上采样并不是直接用于构建金字塔的而是与其他技术如拉普拉斯金字塔结合使用以实现图像的放大和细节恢复。
在高斯金字塔的上下文中上采样通常涉及以下步骤
插值首先将图像的每个方向通常是行和列扩大为原来的两倍。新增的行和列通常使用零值或其他插值方法如双线性插值、双三次插值等进行填充。卷积然后使用与下采样时相同或相似的高斯核对放大后的图像进行卷积处理以平滑图像并减少插值产生的锯齿效应。
四、代码实现
1.图像读取
jijia_yuan cv2.imread(3.png, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)jijia cv2.resize(jijia_yuan, (720, 408))
cv2.imshow(jijia, jijia)
cv2.waitKey(0)图像读取与调整大小 使用cv2.imread()读取图像并指定cv2.IMREAD_GRAYSCALE以灰度模式读取。 使用cv2.resize()将图像调整为720x408的大小以适应显示或后续处理的需要。
2.下采样
jijia_down_1 cv2.pyrDown(jijia) # 下采样
cv2.imshow(down1, jijia_down_1)
cv2.waitKey(0)
jijia_down_2 cv2.pyrDown(jijia_down_1)
cv2.imshow(down2, jijia_down_2)
cv2.waitKey(0)高斯金字塔的下采样 cv2.pyrDown()函数用于构建高斯金字塔的下采样层级。它首先用高斯核对图像进行卷积然后删除图像的偶数行和列从而减小图像尺寸通常是宽和高都减半。 您对jijia进行了两次下采样生成了jijia_down_1和jijia_down_2。
3.上采样
jijia_up_1 cv2.pyrUp(jijia)
cv2.imshow(up1, jijia_up_1)
cv2.waitKey(0)
jijia_up_2 cv2.pyrUp(jijia_up_1)
cv2.imshow(up2, jijia_up_2)
cv2.waitKey(0)高斯金字塔的上采样 cv2.pyrUp()函数用于对图像进行上采样通常是高斯金字塔下采样操作的逆过程。它通过插入零值通常称为零填充并在新的行和列之间应用插值来增加图像的尺寸通常是宽和高都加倍。 但请注意cv2.pyrUp()并不是cv2.pyrDown()的完全逆操作因为在下采样过程中丢失的信息无法恢复。因此直接对下采样后的图像进行上采样会导致图像变得模糊。
4.拉普拉斯金字塔
# 对下采样后图像进行上采样图像变模糊无法复原
jijia_down_1_up cv2.pyrUp(jijia_down_1)
jijia_down_2_up cv2.pyrUp(jijia_down_2)cv2.imshow(down_up1, jijia_down_1_up)
cv2.imshow(down_up2, jijia_down_2_up)
cv2.waitKey(0)
# 拉普拉斯金字塔
l0 jijia - jijia_down_1_up
l1 jijia_down_1 - jijia_down_2_upfuyuan jijia_down_1_up l0
cv2.imshow(l0, l0)
cv2.imshow(l1, l1)
cv2.imshow(fuyuan, fuyuan)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()拉普拉斯金字塔的尝试 拉普拉斯金字塔用于捕捉高斯金字塔中相邻层级之间的差异即细节损失。 计算l0和l1它们分别是jijia与jijia_down_1_up、jijia_down_1与jijia_down_2_up之间的差异。然而由于jijia_down_1_up和jijia_down_2_up是上采样后的图像它们无法完全复原下采样前的图像细节因此l0和l1包含了这种细节损失的表示。
五、应用
上下采样在图像处理中有多种应用包括图像缩放、图像金字塔构建、图像压缩等。图像金字塔是一种多分辨率的图像表示其中图像被逐步下采样以形成不同尺度的表示。图像金字塔在图像融合、图像匹配、图像分割等任务中非常有用。
在图像压缩中下采样可以减少图像的冗余信息而上采样则可以在解压缩时恢复图像到原始尺寸尽管细节可能有所损失。然而现代的图像压缩算法通常使用更复杂的编码和解码技术来最小化这种损失。
