微分からのソーベル方程式の導出


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多くのサイトでは、画像を平滑化するための畳み込みマスクとしてSobelオペレーターを提供しています。ただし、部分的な1次導関数から演算子を導出する方法を説明するサイトは1つも見つかりませんでした。誰かが派生を説明できれば、私はそれを高く評価します。

回答:


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ソーベル演算子は、X次元の微分の近似であり、その後にY次元の単純な平滑化演算子が続きます。(またはY次元での微分とXでの平滑化)。

1次元信号考えます。、の導関数はように書くことができます:f(t)f(t)df(t)/dt

リムΔ→0f(t+Δ)−f(t−Δ)2Δ

これを中央差分式といいます。

しかし、離散信号では、自由に使える最小のはサンプル間の距離なので、それを限界の近似値として使用します。Δ

複雑な指数信号に対して何を行うかを調べることで、近似がどれほど悪い(または良い)ます。真の導関数はます。近似により、 低周波数では非常に正確ですが(は0に近い)、がナイキスト周波数( ω I E ω I T E ω I (T + 1 ) - E ω I (T - 1 )eω私tω私eω私t

eω私(t+1)−eω私(t−1)2=eω私eω私t−e−ω私eω私t2=eω私−e−ω私2eω私t=私罪⁡(ω)eω私t
ωωω→π)。これは、3つのサンプルで実行するのに最適です。また、過度に増幅するのではなく、高周波応答を過度に減衰させるという利点もあります。

次に、Y次元の平滑化を行います。3点のみを使用するものが必要であり、得られる最高のものは。このフィルターには周波数応答があります: これは、通過する低周波から完全に減衰する高周波にスムーズに移行します。14f(t−Δ)+12f(t)+14f(t+Δ)

14eω私(t−Δ)+12eω私t+14eω私(t+Δ)=12(1+e−ω私Δ+eω私Δ2)eω私t=12(1+cos⁡ω)eω私t

したがって、X次元の微分近似をY次元の平滑化でたたみ込み、カーネルを取得します。

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