Кіріспе

Гаус функциясы тудыратын бейне бұлыңғырлау түрі. Бейне өңдеуде Гаус бұлыңғырлауы (Гаус тегістеуі деп те аталады) – бейнені Гаус функциясымен (математик және ғалым Карл Фридрих Гаусстың есімімен аталған) бұлыңғырлаудың нәтижесі болып табылады. Бұл эффект графикалық бағдарламалық жасақтамада кеңінен қолданылады, әдетте бейнедегі шуды азайту және егжей-тегжейін кеміту үшін. Осы бұлыңғырлау техникасының визуалды әсері – мөлдір экран арқылы қарағандағы бейне сияқты тегіс бұлыңғырлау, бұл бұрыс бағытталған линзаның немесе қалыпты жарықтанудағы нысан көлеңкесінің тудыратын боке әсерінен ерекшеленеді. Гаус тегістеуі компьютерлік көру алгоритмдерінде әр түрлі масштабтағы бейне құрылымдарын жақсарту мақсатымен алдын ала өңдеу кезеңі ретінде де қолданылады.

Төмен өту сүзгісі

Гаусс бұлыңғырлауы – жоғары жиілікті сигналдарды күшейтпейтін төмен өткіргіш сүзгі. Оның амплитудалық Бод графигі (жиілік саласындағы логарифмдік шкала) парабола болып табылады.

Гаусс матрицасының үлгісі

Бұл үлгілік матрица Gaussian сүзгісінің ядросын (σ = 0.84089642) әрбір пикселдің ортасынан сынап алып, содан кейін нормалдау арқылы құрастырылады. Орталық элемент ([0, 0]) ең жоғары мәнге ие, ал орталықтан қашықтық артқан сайын симметриялы түрде кемиді. Сүзгі ядросының бастапқы нүктесі ортада болғандықтан, матрица басталады және аяқталады, мұнда R – ядроның радиусы. 0.22508352 саны (орталық элемент) 3σ-дан сәл тыс жердегі 0.00019117 санынан 1177 есе үлкен.

Іске асыру

Гаусс бұлыңғырлату эффектісі әдетте Гаусс мәндерінің FIR ядросы бар кескінді конволюциялау арқылы жасалады. Іс жүзінде, Гаусс бұлыңғырлатуының ажыратылатын қасиетін пайдаланып, процесті екі кезеңге бөлу тиімді. Бірінші кезеңде суретті тек көлденең немесе тік бағытта бұлыңғырлату үшін бір өлшемді ядро қолданылады. Екінші кезеңде сол бір өлшемді ядро қалған бағытта бұлыңғырлату үшін қолданылады. Нәтижесіндегі эффект екі өлшемді ядромен бір рет конволюциялаумен бірдей, бірақ аз есептеулерді қажет етеді. Дискреттеу әдетте Гаусс сүзгісі ядросын дискретті нүктелерде, әдетте әрбір пикселдің орталық нүктелеріне сәйкес келетін орналасуларда дискретизациялау арқылы жүзеге асырылады. Бұл есептеу шығындарын азайтады, бірақ өте кішкентай сүзгі ядролары үшін Гаусс функциясын өте аз нүктелерде дискретизациялау үлкен қатеге әкелуі мүмкін. Мұндай жағдайларда, дәлдікті сақтау (шағын есептеу шығындарымен) әр пикселдің ауданы бойынша Гаусс функциясын интегралдау арқылы жүзеге асырылады. Гаусс-тың үздіксіз мәндерін ядро үшін қажетті дискретті мәндерге түрлендіргенде, мәндердің қосындысы 1-ден өзгеше болуы мүмкін. Бұл кескінді қараңғылатуға немесе ашық етуге әкелуі мүмкін. Мұны түзету үшін, ядродағы әрбір мүшені ядродағы барлық мүшелердің қосындысына бөлу арқылы мәндерді нормализациялауға болады. Көптеген жақсырақ және теориялық тұрғыдан негізделген тәсіл – Гаусс ядросының дискретті аналогымен тегістеуді орындау болып табылады, ол үздіксіз домендегі Гаусс ядросын ерекше ететін сияқты дискретті доменде ұқсас қасиеттерге ие, мысалы, кеңістікті тегістеу процесін сипаттайтын диффузия теңдеуінің шешімі, ядроның дисперсиясын қосуға қатысты жартылай топтық қасиетке бағынады немесе кеңістіктік домендегі Браун қозғалысының әсерін сипаттайды, және оның мәндерінің қосындысы дәл 1-ге тең болады. Гаусс ядросының дискретті аналогы туралы толыққанды сипаттама үшін масштабты кеңістік іске асыру және осы мақаланы қараңыз.

Уақыт-салалы уақытша тегістеу

Алдын ала жазылған уақытша сигналдарды немесе бейнелерді өңдеу үшін Гаусс ядросын уақыт доменін тегістеу үшін де қолдануға болады, себебі деректер алдын ала жазылған және барлық бағытта қолжетімді. Бірақ, уақытша сигналдарды немесе бейнелерді нақты уақыт режимінде өңдеу кезінде Гаусс ядросын уақытша тегістеу үшін қолдануға болмайды, өйткені ол болашақ деректерге қатынау қажет етеді, ал олар, әрине, қолжетімді емес. Нақты уақыт режимінде уақытша тегістеу үшін, уақыт себепті шектеулі ядро деп аталатын уақыт ядросын пайдалануға болады, ол уақыт себепті жағдайда Гаусс ядросының себепсіз жағдайда сақтайтынындай (масштабтың өсуімен және уақыт масштабының ковариациясымен жаңа құрылымдардың пайда болмауы) ұқсас қасиеттерге ие. Уақыт себепті шектеулі ядросы, арнайы таңдалған уақыт тұрақтыларымен каскадты түрде байланыстырылған, шексіз көптеген қиылып алынған экспоненциалдық ядролармен конволюцияға сәйкес келеді. Дискретті деректер үшін, бұл ядроны көбінесе каскадты түрде байланыстырылған бірінші ретті рекурсивті сүзгілердің кішкентай жиынтығы арқылы сандық түрде жақсы жуықтауға болады, қараңыз.

Фотография

Төменгі деңгейдегі цифрлық камералар, оның ішінде көптеген ұялы телефон камералары, көбінесе жоғары ISO жарық сезімталдығынан туындаған кескін шуын жасыру үшін гаусс бұдырауын қолданады. Гаусс бұдырауы камера бағдарламалық құралымен суретті өңдеу кезінде автоматты түрде қолданылады, нәтижесінде бөлшектердің қалпына келмейтін жоғалуына әкеледі.