高斯函数 Gaussian Function
基础部分:
μ指的是期望,决定了正态分布的中心对称轴
正态曲线以μ为对称轴,当x=μ时,f(x)取最大值, ,μ称为位置参数,σ称为形状参数
μ=0,σ平方等于1时的正态分布叫标准正态分布
σ指的是方差决定了正态分布的胖瘦,方差越大,正态分布相对的胖而矮
方差:(x指的是平均数)
标准差:方差开根号
任何正态分布的概率密度从负无穷到正无穷积分的结果都为1
一维形式: 高斯的一维图是特征对称“bell curve“(钟状)a是曲线尖峰的高度,b是尖峰中心的坐标,c称为标准方差 ,表征的是bell钟状的宽度
具有期望值μ和方差 σ平方 的归一化高斯曲线
对应的参数是
高斯函数广泛应用于统计学领域,用于表示正态分布,在信号处理领域,用于定义高斯滤波器
在图像处理领域,二维高斯核函数常应用于高斯模糊,在数学领域用于解决热力方程和扩散方程
由上图可知,高斯函数是一个指数函数,其log函数是对数凹二次函数
高斯函数的积分是误差函数,尽管如此,其在整个实线上的反常积分能够被精确的计算出来,使用如下的高斯积分
同理可得
当且仅当
上式积分为1,在这种情况下,高斯是正态分布随机变量的概率密度函数,期望值μ=b,
方差δ平方= c平方, 即:
高斯函数分析:
实际编程应用中,高斯函数中的参数有:
ksize:高斯函数的大小
sigma:高斯函数的方差
center:高斯函数尖峰中心点坐标
bias:高斯函数尖峰中心点的偏移量,用于控制截断高斯函数
对于图像处理因为图像是二维的,所以我们需要二维的正态分布
因为其一维形式是
所以根据其二维形式可以得到二维高斯函数
利用这个函数计算每个点的权重
权重矩阵 假设中心点的坐标是(0,0),那么距离它最近的8个点的坐标如下: (远点以此类推)
计算权重需要设置σ的值,假定σ=1.5,则模糊半径为1的权重矩阵如下:
这九个点的权重总和为0.4787147,如果只计算这9个点的加权平均,还必须让他们的权重之和等于1,要分因此这九个值还别除以0.4787147,得到最终的权重矩阵
计算高斯模糊
有了权重矩阵就可以计算高斯模糊得值了
假设现有9个像素值,灰度值(0-255)如下
每个点乘以自己得权重值:
得到
将这9个值加起来,就是中心点得高斯模糊得值
对所有点重复这个过程,就得到了高斯模糊后得像,如果原图是彩色图片,可以对RGB三个通道分别做高斯模糊