kuwahara — 2D `smoothing` op

• Datenarten: image → image

• Aufruf: fullseye.apply(img, "kuwahara", a=0.5, b=0.5) (das 2-D-Modell ist ein Bild plus zwei skalare Regler a,b∈[0,1])

kuwahara: input → output

*Die Abbildung ist die tatsächliche Ausgabe auf einer synthetischen 128×128-Eingabe. Links Eingabe, rechts Ausgabe. Punktwolken als Draufsicht-Streudiagramm (Helligkeit = z), 1-D-Reihen als Linie, Volumen als Maximum-Projektion entlang z, Videos als mittleres Bild, komplexe Bilder als Betrag; Rückgabewerte, die kein Bild ergeben, werden als Werte gezeigt.*

Regler a durchfahren (0,1 / 0,5 / 0,9, der andere Regler auf Standard):

▸ kuwahara: Regler a durchfahren (Doku-Website)

*Regler b ändert die Ausgabe nicht (gemessen: identisch bei 0,1 / 0,5 / 0,9).*

Auf anderen Bildern (synthetische Szene / Foto / Münzen. Obere Reihe: Eingaben, untere Reihe: deren Ausgaben. Regler auf Standard):

▸ kuwahara: andere Eingaben (Doku-Website)

*Die 4. Spalte ist eine Farb-Eingabe (H,W,3). Dieser Op verarbeitet Farbe, ohne Kanäle zu vermischen (er faltet den Farbkanal nicht als dritte Raumachse).*

Verwendung

Kuwahara-Filter (1976): kantenerhaltende Glättung, die den Mittelwert desjenigen von vier überlappenden Fenstern mit der kleinsten Varianz ausgibt.

> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.

油絵調の見た目にも使われる。

各画素について、その画素を角に含む (r+1) x (r+1) の窓を 4 つ(左上・右上・左下・右下。隣り合う窓は中心の行と列を共有して重なる)とり、分散がいちばん小さい窓の平均を出力する。縁をまたぐ窓は分散が大きいので選ばれず、画素は縁の「自分と同じ側」の窓の平均になる。だから平坦部は均され、段差は鈍らない(gaussian は段差をなだらかにしてしまう)。

a が窓の半径 r = 1 + floor(9a + 0.5)(1〜10、窓の一辺は r+1)を振る。大きいほど均す範囲が広がり、細い構造は消える。b は未使用。

計算量は O(N): 窓の和と二乗和を軸ごとの累積和で求めるので、半径に依存しない(分散は E[x^2] - E[x]^2、全体の平均を引いてから計算して桁落ちを抑える)。分散の同点は、小数 10 桁に丸めた値で比べ、宣言順(左上・右上・左下・右下)で決める。

端の扱い: 端の画素を複製する(最近傍)。端の画素の窓は、画像の外を端の値で埋めて作る。

適用条件: (1) 4 象限の方向は軸に揃っているので、斜めの縁では選ばれた窓が縁に沿わず、角の丸まりや「ブロック状」の模様が出る(一般化 Kuwahara はこれを直す)。

(2) 半径が大きいと細い線は消える。(3) 出力は入力の局所平均だけから作るので、値域は

入力の外に出ない。

Ausführlicher Anwendungsleitfaden

• Leitfaden zur Familie gallery2d_smoothing_rank

Referenzen (Beispieldaten, Literatur)

• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).

• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.

• Der kanonische Algorithmus (Autor, Jahr) und seine Anwendungen stehen im Familienleitfaden oben.

In Studio ausprobieren

Das Programm unten ist nachweislich lauffähig (gleiche Eingabe wie die Abbildung). In der Studio-Hilfe wird dieser Block zu Schaltflächen, die es sofort laden und ausführen.