4.2 保边滤波器磨皮
1. 滤波器
磨皮算法是该美颜处理实验中最重要的一步，而在磨皮算法中，最重要的就是滤波
器的选择，下面对滤波器的选择和导向滤波做简要介绍。
(1) 滤波器的选择
磨皮算法的实质是对图像进行平滑处理，在磨皮算法中，最重要的一步是对图像进
行滤波处理，滤波算法可以选择高斯滤波、双边滤波、导向滤波等，只要能保边缘就行。
但实际上，不同滤波方法对磨皮效果影响较大。
如果单单使用高斯模糊来磨皮，得到的效果是不尽人意的。原因在于，高斯模糊只
考虑了像素间的距离关系，没有考虑到像素值本身之间的差异。举个例子来讲，头发与
人脸分界处，如果采用高斯模糊则这个边缘也会模糊掉，这显然不是我们希望看到的。
与高斯滤波不同的是，双边滤波则考虑到了颜色的差异。它的像素点取值也是周边
像素点的加权平均，而且权重也是高斯函数。不同的是，这个权重不仅与像素间距离有
关，还与像素值本身的差异有关，具体讲是，像素值差异越小，权重越大，也是这个特
性让它具有了保持边缘的特性，因此它是一个很好的磨皮工具。
而与双边滤波相比，导向滤波更具有优势。导向滤波不仅能实现双边滤波的边缘平
滑，而且在检测到边缘附近有很好的表现，在一些细节上，引导滤波较好。此外，引导
滤波最大的优势在于，可以写出与窗口大小无关的时间复杂度为的算法，因此在使用大
窗口处理图片时，其效率更高。
而实际上，经过本实验也证明，利用导向滤波明显能得到比双边滤波更好的效果。
下面简要介绍一下导向滤波。
(2) 导向滤波
a. 简介
导向滤波是何凯明在学生时代提出的一个保边滤波算法，最初来自于何明凯的图像
去雾算法中。在 2015 年，何凯明又发表了一篇《Fast Guided Filter》的文章，阐述了一
种更快速的导向滤波流程。这个算法速度比其他的保边缘磨皮算法都快，甚至快上好几
倍。现在已经被应用封装 opencv 库中，可见算法堪称经典。
b. 基本原理
顾名思义，导向滤波就是有选择性的滤波，其与我们经常提及的高斯滤波、双边滤
波相比，它具有导向性。
导向滤波通过一张引导图，对初始图像 p（输入图像）进行滤波处理，使得最后的
输出图像大体上与初始图像 p 相似，但是纹理部分与引导图相似。具体来讲，它通过输
入一副图像作为导向图，这样滤波器就知道什么地方是边缘，这样就可以更好的保护边
缘，最终达到在滤波的同时，保持边缘细节。
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