【画像処理解説】ガウシアンフィルタとは？

皆さん、こんにちは！
上越市を拠点にし、「FA設備・装置開発」と「画像処理」に強い会社、NSIです！
私達は豊富な経験と専門知識で、各種業界の自動化・システム化のお手伝いをしています。

いよいよ明日から4月ですね。
新生活が始まる方も多いのではないでしょうか？
新しい環境で気持ちを引き締めて、頑張っていきましょう！

今回は「ガウシアンフィルタ」の仕組みについて解説します。
ぜひご覧ください！

ガウシアンフィルタとは？

ガウシアンフィルタは、画像を「ぼかす」ためのフィルタです。
その名の通り「ガウス分布（正規分布）」を使用し、画像を滑らかにする処理です。
主に、ノイズ除去やエッジ検出の前処理として使われることが多いです。

簡単に言うと、平均値を中心に、左右対称に広がる分布のことです。
統計学では「正規分布」とも呼ばれ、グラフにすると山のような形（釣鐘型）になるのが特徴です。

べんぞうくん

平均値・最頻値・中央値が一致するのもガウス分布の特徴だよ。

① 画像上のピクセルを3×3分取得します。（図では○部分の目の付近を例にしています。）

② 中心にある144が対象の値です。

③ カーネルと呼ばれるフィルタ行列を使い、ガウス分布に基づく重みを掛けた平均を計算します。
今回は3×3のカーネルを使用します。

③の計算式）
それぞれの輝度値をカーネルに当てはめて計算し、その合計をカーネルの合計（16）で割ります。
(78×1 + 154×2 + 150×1 + 165×2 + 144×4 + 160×2 + 156×1 + 157×2 + 152×1) ÷ 16 = 149

④ 今回の場合、輝度値は「149」となります。

メディアンフィルタのメリット・デメリットについて考えてみました。

メリット：自然なぼかしとノイズ除去
ガウス分布に従って重みをつけることで、中心のピクセルを強調しつつ、周囲を滑らかなにぼかすことができます。これにより、特に微細なランダムノイズを自然に除去することが可能です。

デメリット：エッジのぼやけと塩コショウノイズへの弱さ
ぼかし処理の性質上、強い輪郭や細かいディテールも、ある程度滑らかになってしまいます。また、塩コショウノイズのような極端な輝度値（0や255）には弱く、あまり効果が期待できません。

メリット・デメリットを踏まえ、活用例を考えてみました。

先ほどのメリットにも挙げましたが、ノイズを軽減することが可能です。

べんぞうくん

ノイズが目立たなくなった気がするね。

べんぞうくん

シルエットがぼんやり分かる程度になったね。

画像をぼかす処理といえば、今回の「ガウシアンフィルタ」のほかに「平均化フィルタ」や「メディアンフィルタ」があります。それぞれ異なる特徴があり、用途や目的に応じて使い分けることが重要です。

以下に、各フィルタの違いを簡単にまとめました。

フィルタ	重みのかけ方	エッジの保持	ノイズ除去
平均化フィルタ	平均値	✕	△
メディアンフィルタ	中央値	○	○
ガウシアンフィルタ	ガウス分布の重みの平均値	△	○

使い分けの目安は以下のようになります。
自然なぼかしをしたいときは… ガウシアンフィルタ
画像全体を均一にぼかしたいときは… 平均化フィルタ
極端なノイズが気になるときは… メディアンフィルタ

平均化フィルタとメディアンフィルタの解説記事はこちら↓

今回は ガウシアンフィルタ について解説しました。
画像を自然にぼかし、ノイズを軽減する効果があります。
まだまだ色々な処理について解説していきます！
「画像処理」タグから定期的にチェックしてみてくださいね。

ここまで読んでいただき、ありがとうございました。
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http://www.net-nsi.co.jp/toiawase.html

べんぞうくん

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