メディアンフィルタで画像のノイズ除去試してみた、WPF、C#

メディアンフィルタでごま塩ノイズ除去

全体的にぼやけてしまうけどごま塩ノイズを除去できた

 

メディアンフィルタ

注目セルとその周囲8近傍の値の中央値を

注目セルの新しい値にする

 

 

エクセルには中央値を求めるMEDIAN関数がある

便利だなあ

 

色を付けてみると

黒ごま(ノイズ)が消えているのがわかる

 

 

ランダムノイズに対してはイマイチかなあ、ノイズがにじんだようになる

 

 

盛大なノイズが乗った画像にメディアンフィルタ

ごま塩ノイズに対しては大きな効き目がある

重ねがけした結果は画像エフェクトとしてはありかも

 

ランダムなノイズに対してはイマイチな感じ

 

 

低画質なjpg画像にメディアンフィルタ

ぼやけてしまうけど見やすくなっていると思う、png形式で保存したときもファイルサイズが減った

 

左上を拡大

ノイズが減っている

 

 

図形画像

これも低画質jpg

 

 

メディアンフィルタの前後の画像を拡大して

ラプラシアンフィルタでエッジ抽出して比較

かなりきれいにノイズが取れている

こういう図形についたノイズ除去に適しているのかも

これはいいなあ

 

参照するピクセルを変更してみた

赤マスが注目ピクセル、青マスが参照ピクセル

結果はノイズ除去には適していない、普通の8近傍がいいことがわかった

赤いところのボタンがそれ

 

 

ごま塩ノイズにメディアンフィルタ

4近傍は少しごま塩が残っている、4近傍(斜め)もごま塩が残っている＋エッジ部分がメッシュ状になっている

左下の自身を除く8近傍ってのは、注目ピクセル以外の8ピクセルの中央値、この結果もいまいちでエッジ部分でざわざわしている、24近傍は盛大にぼやけているし、処理時間もかなり掛かる

 

 

4近傍を2回と普通の8近傍を比較

似たような結果になった

よく見ると8近傍は直角のエッジ部分が丸くなってしまっているけど、4x2のほうはエッジが残っている、意外に4x2もいいかも

 

 

ランダムノイズにメディアンフィルタ

どれもいまいち

 

 

低画質jpgにメディアンフィルタ

全体的には普通の8近傍がいいけど、4x2はエッジが残っているのがいい

 

 

 

 

メディアンフィルタはごま塩ノイズ除去が得意なフィルタなのかと思っていたけど、低画質なjpg画像のノイズにも有効なのがわかった

エッジを残してノイズだけ除去するのが理想だけど、トレードオフな感じ

エッジなのかノイズなのかを判定できればなあ

 

 

 

デザイン画面

 

 

MainWindow.xaml.cs

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows;
using System.Windows.Controls;
using System.Windows.Data;
using System.Windows.Documents;
using System.Windows.Input;
using System.Windows.Media;
using System.Windows.Media.Imaging;
using System.Windows.Navigation;
using System.Windows.Shapes;

//メディアンフィルタで画像のノイズ除去試してみた、WPF、C# ( ソフトウェア ) - 午後わてんのブログ - Yahoo!ブログ
//https://blogs.yahoo.co.jp/gogowaten/15965377.html

namespace _20190528_メディアンフィルタ
{
    /// <summary>
    /// MainWindow.xaml の相互作用ロジック
    /// </summary>
    public partial class MainWindow : Window
    {
        string ImageFileFullPath;//ファイルパス、画像保存時に使う
        BitmapSource MyBitmapOrigin;//元画像、リセット用
        byte[] MyPixelsOrigin;//元画像、リセット用
        byte[] MyPixels;//処理後画像

        public MainWindow()
        {
            InitializeComponent();

            this.Drop += MainWindow_Drop;
            this.AllowDrop = true;

        }

        /// <summary>
        /// ピクセルフォーマットGray8専用
        /// </summary>
        /// <param name="pixels">ピクセルの値の配列</param>
        /// <param name="width"></param>
        /// <param name="height"></param>
        /// <returns></returns>
        private (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) Filterメディアン(byte[] pixels, int width, int height)
        {
            byte[] filtered = new byte[pixels.Length];//処理後の輝度値用
            int stride = width;//一行のbyte数、Gray8は1ピクセルあたりのbyte数は1byteなのでwidthとおなじになる
            byte[] v = new byte[9];

            for (int y = 1; y < height - 1; y++)
            {
                for (int x = 1; x < width - 1; x++)
                {
                    int p = x + y * stride;//注目ピクセルの位置
                    v[0] = pixels[p - stride - 1];//注目ピクセルの左上
                    v[1] = pixels[p - stride];//上
                    v[2] = pixels[p - stride + 1];//右上
                    v[3] = pixels[p - 1];//左
                    v[4] = pixels[p];
                    v[5] = pixels[p + 1];//右
                    v[6] = pixels[p + stride - 1];//左下
                    v[7] = pixels[p + stride];//下
                    v[8] = pixels[p + stride + 1];//右下
                    //ソートして中央の値(5番目)を新しい値にする
                    filtered[p] = v.OrderBy(z => z).ToList()[4];
                }
            }
            return (filtered, BitmapSource.Create(
                width, height, 96, 96, PixelFormats.Gray8, null, filtered, width));
        }

        private (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) Filterメディアン4近傍(byte[] pixels, int width, int height)
        {
            byte[] filtered = new byte[pixels.Length];//処理後の輝度値用
            int stride = width;
            byte[] v = new byte[5];

            for (int y = 1; y < height - 1; y++)
            {
                for (int x = 1; x < width - 1; x++)
                {
                    int p = x + y * stride;//注目ピクセルの位置
                    v[0] = pixels[p - stride];//注目ピクセルの上
                    v[1] = pixels[p - 1];//左
                    v[2] = pixels[p];
                    v[3] = pixels[p + 1];//右
                    v[4] = pixels[p + stride];//下

                    //ソートして中央の値(3番目)を新しい値にする
                    filtered[p] = v.OrderBy(z => z).ToList()[2];
                }
            }
            return (filtered, BitmapSource.Create(
                width, height, 96, 96, PixelFormats.Gray8, null, filtered, width));
        }

        private (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) Filterメディアン4近傍斜め(byte[] pixels, int width, int height)
        {
            byte[] filtered = new byte[pixels.Length];//処理後の輝度値用
            int stride = width;//一行のbyte数、Gray8は1ピクセルあたりのbyte数は1byteなのでwidthとおなじになる
            byte[] v = new byte[5];

            for (int y = 1; y < height - 1; y++)
            {
                for (int x = 1; x < width - 1; x++)
                {
                    int p = x + y * stride;//注目ピクセルの位置
                    v[0] = pixels[p - stride - 1];//注目ピクセルの左上
                    v[1] = pixels[p - stride + 1];//右上
                    v[2] = pixels[p];
                    v[3] = pixels[p + stride - 1];//左下
                    v[4] = pixels[p + stride + 1];//右下

                    //ソートして中央の値(3番目)を新しい値にする
                    filtered[p] = v.OrderBy(z => z).ToList()[2];
                }
            }
            return (filtered, BitmapSource.Create(
                width, height, 96, 96, PixelFormats.Gray8, null, filtered, width));
        }


        //自身を除く8近傍のメディアン、要素数が偶数のメディアンなので中央の2つの値の平均値
        private (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) Filterメディアン自身を除く(byte[] pixels, int width, int height)
        {
            byte[] filtered = new byte[pixels.Length];//処理後の輝度値用
            int stride = width;
            byte[] v = new byte[8];

            for (int y = 1; y < height - 1; y++)
            {
                for (int x = 1; x < width - 1; x++)
                {
                    int p = x + y * stride;//注目ピクセルの位置
                    v[0] = pixels[p - stride - 1];//注目ピクセルの左上
                    v[1] = pixels[p - stride];//上
                    v[2] = pixels[p - stride + 1];//右上
                    v[3] = pixels[p - 1];//左
                    //v[4] = pixels[p];
                    v[4] = pixels[p + 1];//右
                    v[5] = pixels[p + stride - 1];//左下
                    v[6] = pixels[p + stride];//下
                    v[7] = pixels[p + stride + 1];//右下
                    //ソートして4,5番目の平均値を四捨五入を新しい値にする
                    var temp = v.OrderBy(z => z).ToList();
                    //byte neko = (byte)Math.Round((temp[3] + temp[4]) / 2.0, MidpointRounding.AwayFromZero);
                    filtered[p] = (byte)Math.Round((temp[3] + temp[4]) / 2.0, MidpointRounding.AwayFromZero);
                }
            }
            return (filtered, BitmapSource.Create(
                width, height, 96, 96, PixelFormats.Gray8, null, filtered, width));
        }

        private (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) Filterメディアン24近傍(byte[] pixels, int width, int height)
        {
            byte[] filtered = new byte[pixels.Length];//処理後の輝度値用
            int stride = width;
            byte[] v = new byte[25];//注目ピクセルとその近傍24ピクセルの輝度値用

            for (int y = 2; y < height - 2; y++)
            {
                for (int x = 2; x < width - 2; x++)
                {
                    //24近傍と注目ピクセルの輝度値収集
                    for (int i = 0; i < 5; i++)
                    {
                        int pp = (y + i - 2) * stride + x - 2;
                        for (int j = 0; j < 5; j++)
                        {
                            v[i * 5 + j] = pixels[pp + j];
                        }
                    }
                    var neko = v.OrderBy(z => z).ToList()[12];
                    //輝度値をソートして中央値(13番目)を新しい値にする
                    filtered[y * stride + x] = v.OrderBy(z => z).ToList()[12];
                }
            }
            return (filtered, BitmapSource.Create(
                width, height, 96, 96, PixelFormats.Gray8, null, filtered, width));
        }




        #region その他

        //画像ファイルドロップ時の処理
        private void MainWindow_Drop(object sender, DragEventArgs e)
        {
            if (e.Data.GetDataPresent(DataFormats.FileDrop) == false) { return; }
            string[] filePath = (string[])e.Data.GetData(DataFormats.FileDrop);
            var (pixels, bitmap) = MakeBitmapSourceAndByteArray(filePath[0], PixelFormats.Gray8, 96, 96);

            if (bitmap == null)
            {
                MessageBox.Show("画像ファイルじゃないみたい");
            }
            else
            {
                MyPixels = pixels;
                MyPixelsOrigin = pixels;
                MyBitmapOrigin = bitmap;
                MyImage.Source = bitmap;
                MyImageOrigin.Source = bitmap;
                ImageFileFullPath = filePath[0];
            }
        }


        //画像の保存
        private void SaveImage(BitmapSource source)
        {
            var saveFileDialog = new Microsoft.Win32.SaveFileDialog();
            saveFileDialog.Filter = "*.png|*.png|*.bmp|*.bmp|*.tiff|*.tiff";
            saveFileDialog.AddExtension = true;
            saveFileDialog.FileName = System.IO.Path.GetFileNameWithoutExtension(ImageFileFullPath) + "_";
            saveFileDialog.InitialDirectory = System.IO.Path.GetDirectoryName(ImageFileFullPath);
            if (saveFileDialog.ShowDialog() == true)
            {
                BitmapEncoder encoder = new BmpBitmapEncoder();
                if (saveFileDialog.FilterIndex == 1)
                {
                    encoder = new PngBitmapEncoder();
                }
                else if (saveFileDialog.FilterIndex == 2)
                {
                    encoder = new BmpBitmapEncoder();
                }
                else if (saveFileDialog.FilterIndex == 3)
                {
                    encoder = new TiffBitmapEncoder();
                }
                encoder.Frames.Add(BitmapFrame.Create(source));

                using (var fs = new System.IO.FileStream(saveFileDialog.FileName, System.IO.FileMode.Create, System.IO.FileAccess.Write))
                {
                    encoder.Save(fs);
                }
            }
        }


        /// <summary>
        /// 画像ファイルからbitmapと、そのbyte配列を取得、ピクセルフォーマットを指定したものに変換
        /// </summary>
        /// <param name="filePath">画像ファイルのフルパス</param>
        /// <param name="pixelFormat">PixelFormatsを指定</param>
        /// <param name="dpiX">96が基本、指定なしなら元画像と同じにする</param>
        /// <param name="dpiY">96が基本、指定なしなら元画像と同じにする</param>
        /// <returns></returns>
        private (byte[] array, BitmapSource source) MakeBitmapSourceAndByteArray(string filePath, PixelFormat pixelFormat, double dpiX = 0, double dpiY = 0)
        {
            byte[] pixels = null;
            BitmapSource source = null;
            try
            {
                using (System.IO.FileStream fs = new System.IO.FileStream(filePath, System.IO.FileMode.Open, System.IO.FileAccess.Read))
                {
                    var bf = BitmapFrame.Create(fs);

                    var convertedBitmap = new FormatConvertedBitmap(bf, pixelFormat, null, 0);
                    int w = convertedBitmap.PixelWidth;
                    int h = convertedBitmap.PixelHeight;
                    int stride = (w * pixelFormat.BitsPerPixel + 7) / 8;
                    pixels = new byte[h * stride];
                    convertedBitmap.CopyPixels(pixels, stride, 0);
                    //dpi指定がなければ元の画像と同じdpiにする
                    if (dpiX == 0) { dpiX = bf.DpiX; }
                    if (dpiY == 0) { dpiY = bf.DpiY; }
                    //dpiを指定してBitmapSource作成
                    source = BitmapSource.Create(
                        w, h, dpiX, dpiY,
                        convertedBitmap.Format,
                        convertedBitmap.Palette, pixels, stride);
                };
            }
            catch (Exception)
            {
            }
            return (pixels, source);
        }

        //画像クリックで元画像と処理後画像の切り替え
        private void Grid_MouseLeftButtonDown(object sender, MouseButtonEventArgs e)
        {
            int aa = Panel.GetZIndex(MyImage);
            Panel.SetZIndex(MyImageOrigin, aa + 1);
        }

        private void Grid_MouseLeftButtonUp(object sender, MouseButtonEventArgs e)
        {
            int aa = Panel.GetZIndex(MyImage);
            Panel.SetZIndex(MyImageOrigin, aa - 1);
        }

        //表示画像リセット
        private void Button_Click_2(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            MyImage.Source = MyBitmapOrigin;
            MyPixels = MyPixelsOrigin;
        }

        //画像保存
        private void Button_Click_3(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (MyImage.Source == null) { return; }
            //BitmapSource source = (BitmapSource)MyImage.Source;
            //SaveImage(new FormatConvertedBitmap(source, PixelFormats.Indexed4, new BitmapPalette(source, 16), 0));
            //SaveImage(new FormatConvertedBitmap(source, PixelFormats.Indexed4, null, 0));
            SaveImage((BitmapSource)MyImage.Source);
        }



        #endregion

        private void Button_Click_1(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            //クリップボードから画像を貼り付け
            var source = Clipboard.GetImage();
            if (source == null)
            {
                MessageBox.Show("(クリップボードに画像は)ないです");
            }
            else
            {
                //クリップボードに画像があったらピクセルフォーマットをGray8に変換して取り込む
                int w = source.PixelWidth;
                int h = source.PixelHeight;
                int stride = w;
                var gray = new FormatConvertedBitmap(source, PixelFormats.Gray8, null, 0);
                byte[] pixels = new byte[h * stride];
                gray.CopyPixels(pixels, stride, 0);
                MyPixels = pixels;
                MyPixelsOrigin = pixels;
                MyBitmapOrigin = gray;
                MyImage.Source = gray;
                MyImageOrigin.Source = gray;
            }
        }

        private void Button_Click_4(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            //クリップボードに画像をコピー
            Clipboard.SetImage((BitmapSource)MyImage.Source);
        }

        private void Button_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (MyPixels == null) { return; }
            (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) = Filterメディアン(
                MyPixels,
                MyBitmapOrigin.PixelWidth,
                MyBitmapOrigin.PixelHeight);
            MyImage.Source = bitmap;
            MyPixels = pixels;
        }

        private void Button_Click_5(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (MyPixels == null) { return; }
            (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) = Filterメディアン4近傍(
                MyPixels,
                MyBitmapOrigin.PixelWidth,
                MyBitmapOrigin.PixelHeight);
            MyImage.Source = bitmap;
            MyPixels = pixels;

        }

        private void Button_Click_6(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (MyPixels == null) { return; }
            (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) = Filterメディアン4近傍斜め(
                MyPixels,
                MyBitmapOrigin.PixelWidth,
                MyBitmapOrigin.PixelHeight);
            MyImage.Source = bitmap;
            MyPixels = pixels;
        }

        private void Button_Click_7(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (MyPixels == null) { return; }
            (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) = Filterメディアン自身を除く(
                MyPixels,
                MyBitmapOrigin.PixelWidth,
                MyBitmapOrigin.PixelHeight);
            MyImage.Source = bitmap;
            MyPixels = pixels;
        }

        private void Button_Click_8(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            if (MyPixels == null) { return; }
            (byte[] pixels, BitmapSource bitmap) = Filterメディアン24近傍(
                MyPixels,
                MyBitmapOrigin.PixelWidth,
                MyBitmapOrigin.PixelHeight);
            MyImage.Source = bitmap;
            MyPixels = pixels;
        }
    }
}

 

ギットハブ

WPF_test1/20190528_メディアンフィルタ

 

github.com

 

アプリダウンロード先

WPF_test1/20190528_メディアンフィルタ.zip at master · gogowaten/WPF_test1 · GitHub

画像ファイルドロップで画像表示、またはクリップボードからの貼り付け

画像クリックで元の画像と切り替え

 

 

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