matlab中imfilter、conv2、imfilter2用法及区别

时间:2023-03-09 02:17:29
matlab中imfilter、conv2、imfilter2用法及区别

来源

:https://blog.****.net/u013066730/article/details/56665308(比较详细)

https://blog.****.net/yuanhuiling/article/details/79128116

mfilter实现的是线性空间滤波;
 conv2是计算两个矩阵的二维卷积
1、MATLAB中提供了卷积运算的函数命令conv2,其语法格式为: 
C = conv2(A,B) 
C = conv2(A,B)返回矩阵A和B的二维卷积C。若A为ma×na的矩阵,B为mb×nb的矩阵,则C的大小为(ma+mb+1)×(na+nb+1)。 
2、MATLAB图像处理工具箱提供了基于卷积的图象滤波函数filter2,filter2的语法格式为: 
Y = filter2(h,X) 
其中Y = filter2(h,X)返回图像X经算子h滤波后的结果,默认返回图像Y与输入图像X大小相同。例如: 
其实filter2和conv2是等价的。MATLAB在计算filter2时先将卷积核旋转180度,再调用conv2函数进行计算。 
Fspecial函数用于创建预定义的滤波算子,其语法格式为: 
h = fspecial(type) 
h = fspecial(type,parameters) 
参数type制定算子类型,parameters指定相应的参数,具体格式为: 
type='average',为均值滤波,参数为n,代表模版尺寸,用向量表示,默认值为[3,3]。 
type= 'gaussian',为高斯低通滤波器,参数有两个,n表示模版尺寸,默认值为[3,3],sigma表示滤波器的标准差,单位为像素,默认值为0.5

NOTE:
那什么时候用到imfilter和filter2,什么时候用conv2呢?
三个函数实际的用法基本结果是一样的。 但imfilter可进行多维图像(RGB等)进行空间滤波,filter2 只能对二维图像(灰度图)进行空间滤波,conv2可以对图像矩阵实现自己想实现的卷积操作,最简单最常用的是二维。所以conv2和filter2类似,多维图像(RGB等)要用imfilter

1、用法

  1. C=conv2(A,B,shape);        %卷积滤波

复制代码

A:输入图像,B:卷积核
       假设输入图像A大小为ma x na,卷积核B大小为mb x nb,则
       当shape=full时,返回全部二维卷积结果,即返回C的大小为(ma+mb-1)x(na+nb-1)
      shape=same时,返回与A同样大小的卷积中心部分
       shape=valid时,不考虑边界补零,即只要有边界补出的零参与运算的都舍去,返回C的大小为(ma-mb+1)x(na-nb+1)

2、实现步骤
    假设输入图像A大小为ma x na,卷积核大小为mb x nb,则MATLAB的conv2函数实现流程如下:
        a、对输入图像补零,第一行之前和最后一行之后都补mb-1行,第一列之前和最后一列之后都补nb-1列(注意conv2不支持其他的边界补充选项,函数内部对输入总是补零)。
        b、关于卷积核的中心,旋转卷积核180度。
        c、滑动卷积核,将卷积核的中心位于图像矩阵的每一个元素。
        d、将旋转后的卷积核乘以对应的矩阵元素再求和。

3、实现过程展示
     假设有图像A=[4 3 1 2;0 1 1 3;5 2 0 0],卷积核B=[1 2 3;0 -1 2;1 1 0]
         a、首先是按照上面的步骤进行补零,如下图外圈红色的为补出的零

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b、将卷积核旋转180度
                      matlab中imfilter、conv2、imfilter2用法及区别 
         c、将旋转后的核在A上进行滑动,然后对应位置相乘,最后相加,下面分别是shape=full,same,valid时取输出图像大小的情况,位置1表示输出图像的值从当前核的计算值开始(对应输出图像左上角),位置2表示到该位置结束(对应输出图像右下) 
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-------------------------------------filter2函数----------------------------------------
1、用法

  1. B = filter2(h,A,shape) ;        %相关(correlation)滤波

复制代码

A:输入图像,h:相关核
       假设输入图像A大小为ma x na,相关核h大小为mb x nb,则
       当shape=full时,返回全部二维卷积结果,即返回B的大小为(ma+mb-1)x(na+nb-1)
      shape=same时,返回与A同样大小的卷积中心部分
       shape=valid时,不考虑边界补零,即只要有边界补出的零参与运算的都舍去,返回B的大小为(ma-mb+1)x(na-nb+1)

2、实现步骤

        假设输入图像A大小为ma x na,相关核h大小为mb x nb,MATLAB的filter2的实现流程如下:
           a、对输入图像补零,第一行之前和最后一行之后都补mb-1行,第一列之前和最后一列之后都补nb-1列(注意filter2不支持其他的边界补充选项,函数内部对输入总是补零)。
           b、滑动相关核,将相关核的中心位于图像矩阵的每一个元素。
           c、将相关核乘以对应的矩阵元素再求和
                   注意filter2不对核进行180°旋转,直接对应相乘再相加,这一点与filter2不同,下面有两者计算结果对比可看出这一点。

3、conv2(卷积滤波)和filter2(相关滤波)的结果比较
        A=[4   3 
 1   2;0 
 1   1 
 3;5 
 2   0 
 0],卷积核B=[1  
 2 
  3;0   -1 
 2;1 
  1   0]
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                                conv2,shape=full                                                                filter2,shape=full

-------------------------------------imfilter----------------------------------------
1、用法

  1. B=imfilter(A,H,option1,option2,option3);

复制代码

A:输入图像,H:滤波核
       option1:边界选项,可选的有:补充固定的值X(默认都补零),symmetric,replicate,circular
       option2:输出图像大小选项,可选的有same(默认),full
       option3:决定采用与filter2相同的相关滤波还是与conv2相同的卷积滤波

-------------------------------------最后总结----------------------------------------

1、  filter2、conv2将输入转换为double类型,输出也是double的,输入总是补零(zero padded), 不支持其他的边界补充选项。
2、  imfilter:不将输入转换为double,输出只与输入同类型,有灵活的边界补充选项