用于网格去噪的自适应双边滤波器

作者:江亮亮;杨付正;任光亮 刊名:华南理工大学学报(自然科学版) 上传者:吴焕龙

【摘要】为有效去除三维网格模型中的噪声,提出一种用于网格去噪的自适应双边滤波器.首先,利用体积积分不变量对三维网格模型进行特征检测,估计出局部的特征强度,然后根据特征强度自适应地调整双边滤波器的滤波参数.通过自适应的参数优化,对于不同特征强度的区域,自适应双边滤波器采用更具针对性的去噪策略,从而进一步提高了去噪性能.实验结果表明,相比于双边滤波器,所提出的自适应双边滤波器在去除噪声的同时,能够更好地保持三维网格模型的细节特征,去噪后得到的网格模型与原始模型的客观差值测度平均降低了0.0332.

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第 4 3 卷 第 1 1 期 2 0 1 5年 1 1 月 华南理工大学学报(自然科学版) Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition) V o l.4 3 No. 11 Novem ber 2015 文章编号:1000-565X (2015)11-0054-07 用于网格去噪的自适应双边滤波器 江亮亮杨付正任光亮 ( 西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,陕 西 西 安 710071) 摘 要 :为有效去除三维网格模型中的噪声,提出一种用于网格去噪的自适应双边滤波 器.首先,利用体积积分不变量对三维网格模型进行特征检测,估计出局部的特征强度,然 后根据特征强度自适应地调整双边滤波器的滤波参数.通过自适应的参数优化,对于不同 特征强度的区域,自适应双边滤波器采用更具针对性的去噪策略,从而进一步提高了去噪 性能.实验结果表明,相比于双边滤波器,所提出的自适应双边滤波器在去除噪声的同时, 能够更好地保持三维网格模型的细节特征,去噪后得到的网格模型与原始模型的客观差 值测度平均降低了 0.0332. 关键词:三维网格;网格去噪;双边滤波器;特征检测;特征保持 中图分类号:TP391 doi: 10.3969/j.issn. 1000-565X.2015.11.008 近年来,三维网格模型的应用日益广泛[12 .随 着三维扫描技术的不断发展,三维网格模型的获取 也逐渐简单和方便[3].不过,由于扫描设备精度存 在误差以及其他人为因素的影响,获取的三维模型 不可避免地包含了噪声信息[45].噪声的存在不仅 影响了三维模型的视觉质量,还不利于三维模型的 压缩、简化[6]以及其他后续操作[7].因此,近年来, 如何有效地去除三维网格模型中的噪声成为计算机 图形学领域研究的热点之一. 去除噪声的同时保持三维网格的原始特征是网 格去噪面临的最大挑战,因为噪声和边、角等尖锐的 特征都是高频分量,很难有效地将它们区分开来.根 据特征保持性,网格去噪方法可以分为各向同性算 法和各向异性算法.早期的网格去噪方法主要是各 向同性算法,这类算法在去除噪声的同时也会破坏 三维网格原有的特征.Taubin[8]于 1995年提出了基 于 Laplacian算子的网格信号处理方法,利用傅里叶 网格 , 过 实现网格光顺,该方法计算复杂度低,但稳定性较 差. Desbrun等[9]提出沿法向量方向更新顶点的位 置,根据平均曲率确定移动的步长,并通过重采样避 免滤波后网格体积发生收缩.随后,Ohtake等[10]对 文献[ ] 中的算法进行改进,将平均曲率和Lapla- cian算子结合起来,减少了过度平滑情况的发生.由 于各向同性这一性质,各向同性算法在平滑噪声的 同时也会模糊三维网格模型原有的特征.为了更好 地保持三维网格的特征,后续的研究者们提出了多 种各向异性算法[1115].文献[11-12]中将图像去噪 中的各向异性扩散方法扩展到网格去噪中,这类算 法会根据三维网格的几何特征自适应地改变扩散张 量,达到保持特征的目的.不过,这类算法需要众多 的微分和矩阵运算,计算复杂度较高.文献[13-14] 中将图像去噪中的双边滤波器扩展到网格去噪中, 利用双边滤波器分配的权重确定顶点更新的方向和 步长.Hildebrand等[5]提出采用平均曲率流去除噪 声,在滤波过程中使网格的平均曲率收敛于一个既 定的平均曲率. 另外,近年来,很多研究者[16-0]提出了一种两

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