Если шум нормальный, то можно использовать метод максимального правдоподобия.
Составьте выражение зависимости функции правдоподобия от неизвестных радиуса и координат пятна,
а затем используйте любой алгоритм оптимизации для поиска максимума этой функции.
Для инициализации параметров как раз можете использовать свой фильтр.
Спасибо за совет.