數(shù)字圖像處理第三章讀書(shū)報(bào)告.doc

第3章 灰度變換與空間濾波這一周主要看了一篇論文和數(shù)字圖像處理的第三章內(nèi)容，第三章的內(nèi)容主要包括：背景知識(shí)、一些基本的灰度變換函數(shù)、直方圖處理、空間濾波基礎(chǔ)、平滑空間濾波器、銳化空間濾波器、混合空間增強(qiáng)法、使用模糊技術(shù)進(jìn)行灰度變換和空間濾波。3.1背景知識(shí)3.1灰度變換與空間濾波基礎(chǔ)空間域處理可用該式表示：,其中f(x,y)是輸入圖像，g(x,y)是處理后的圖像，T是在該點(diǎn)鄰域上定義的關(guān)于f的算子。算子可應(yīng)用于單幅圖像或圖像集合。空間域與變換域比起來(lái)計(jì)算更有效，執(zhí)行所花的資源更少。3.2一些基本的灰度變換函數(shù)灰度變換是所有圖像處理中最簡(jiǎn)單的技術(shù)。r和s分別別代表處理前后的像素值。圖像反轉(zhuǎn)：s=L-1-r使用這種方式反轉(zhuǎn)一幅圖像的灰度級(jí)，可得到等效的圖片底片。這種類(lèi)型的處理特別適用于增強(qiáng)在一幅圖像的暗區(qū)域中的白色或灰色細(xì)節(jié)，特別是當(dāng)黑色面積在尺寸上占主導(dǎo)地位時(shí)。對(duì)數(shù)變換：c是常數(shù)，并假設(shè)。該變換根據(jù)特性曲線(xiàn)，將輸入中范圍較窄的低灰度值映射為輸出中較寬范圍的灰度值，對(duì)高輸入灰度值亦如此，這樣的效果就是可以增加一些低灰度值的一些細(xì)節(jié)，但帶來(lái)的問(wèn)題是他降低了圖像的對(duì)比度，使背景有沖淡的感覺(jué)。冪律變換：c和為正常數(shù)。與對(duì)數(shù)變換的情況類(lèi)似，部分值的冪律曲線(xiàn)將較窄范圍的暗色輸入值映射為較寬的輸出值，相反地，對(duì)于輸入高灰度級(jí)值時(shí)也成立。根據(jù)伽馬值的不同，可以輸出不同程度的變換曲線(xiàn)，可以根據(jù)具體圖像的特征，設(shè)置合適的值，使圖像的對(duì)比度與細(xì)節(jié)清晰度達(dá)到一個(gè)最佳的比例?？梢允褂脙缏勺儞Q進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)。分段線(xiàn)性變換函數(shù)：最簡(jiǎn)單的分段線(xiàn)性函數(shù)之一是對(duì)比度拉抻變換。低對(duì)比度圖像可由照明不足，成像傳感器動(dòng)態(tài)范圍太小，甚至在圖像獲取過(guò)程中鏡頭光圈設(shè)置錯(cuò)誤引起。對(duì)比度拉抻是擴(kuò)展圖像灰度級(jí)動(dòng)態(tài)范圍處理，因此它可以跨越記錄介質(zhì)和顯示裝置的全部灰度范圍?；叶燃?jí)分層處理有許多方法實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)方法是兩種基本方法的變形。一是將感興趣范圍內(nèi)的所有灰度值顯示為一個(gè)值，而將其他灰度值顯示為另一個(gè)只，該變換產(chǎn)生了一幅二值圖像。而是是感興趣的范圍的灰度變亮或變暗，而保持圖像中其他灰度級(jí)不變。突出圖像中特定灰度范圍的亮度通常是最重要的，其應(yīng)用包括增強(qiáng)特征。比特平面分層是將一幅圖像分為幾個(gè)比特平面，對(duì)于分析圖像中每個(gè)比特的相對(duì)重要性以及圖像壓縮都很有用。3.3直方圖處理直方圖主要是利用概率的概念將整幅圖像的每一個(gè)灰度級(jí)所占總灰度級(jí)的百分比進(jìn)行顯示，來(lái)表征整幅圖像的大體特征，其主要特征是一階距（圖像的平均灰度）以及二階距（灰度方差即圖像對(duì)比度的度量）。可用于圖像增強(qiáng)、圖像壓縮與分割等。1. 直方圖均衡對(duì)于灰度映射要求滿(mǎn)足輸入與輸出的灰度區(qū)間一致，以及灰度映射是個(gè)嚴(yán)格單調(diào)遞增函數(shù)，這是為了保證當(dāng)進(jìn)行反映射時(shí)確保一一對(duì)應(yīng)，防止出現(xiàn)二義性。而且對(duì)于輸出的s是由一個(gè)均勻的PDF（概率密度函數(shù)）表征的，即可以得出的輸出與的輸入形式無(wú)關(guān)。這就引出直方圖均衡化的概念，使整個(gè)圖像的灰度分布盡量均衡化，使圖像顯示的有關(guān)細(xì)節(jié)更加清晰，消除過(guò)亮或過(guò)暗的現(xiàn)象。2. 直方圖匹配（規(guī)定化）均衡化是普遍適用的，但應(yīng)對(duì)我們對(duì)某些特定的顯示要求，引出一些特殊的“均衡化”，即直方圖的規(guī)定化。我們引入變換函數(shù)，使得于是可以通過(guò)z與s的關(guān)系，來(lái)求得z，將帶入z與s的關(guān)系中，便可以得到直方圖規(guī)格化的輸出與輸入灰度之間的映射關(guān)系。直方圖規(guī)定化在原理上是簡(jiǎn)單的。在實(shí)踐中一個(gè)共同的困難是尋找和的有意義的表達(dá)式。而在處理離散量時(shí)，問(wèn)題可被大大簡(jiǎn)化。3. 局部直方圖處理直方圖處理技術(shù)很容易適應(yīng)局部增強(qiáng)。該過(guò)程是定義一個(gè)鄰域并把該區(qū)域的中心從一個(gè)像素移至另一個(gè)像素。在每個(gè)位置，計(jì)算鄰域中的點(diǎn)的直方圖，并且得到的不是直方圖均衡化，就是規(guī)定化變換函數(shù)。這個(gè)函數(shù)最終用于映射鄰域中心像素的灰度。然后鄰域的中心被移植一個(gè)相鄰像素位置，并重復(fù)該過(guò)程。這種方法與區(qū)域每移動(dòng)一個(gè)像素位置就計(jì)算鄰域中所有像素的直方圖相比有明顯優(yōu)點(diǎn)。但是通產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生棋盤(pán)效應(yīng)。3.4空間濾波基礎(chǔ)這一節(jié)主要應(yīng)用于平滑和去噪或增強(qiáng)領(lǐng)域，空間濾波器是由一個(gè)鄰域，對(duì)該鄰域包圍的圖像像素執(zhí)行的預(yù)定義操縱組成。其濾波操作為：其中是濾波器，實(shí)質(zhì)就是計(jì)算每個(gè)位置與相應(yīng)濾波器乘積之和的處理。這里引出兩個(gè)概念：空間相關(guān)和卷積，卷積與空間相關(guān)類(lèi)似，但濾波器首先要旋轉(zhuǎn)兩者在濾波器與離散單位沖擊的運(yùn)算當(dāng)中所得到的結(jié)果是一致的，得到兩者的公式為：相關(guān)： 卷積： 那么對(duì)于其響應(yīng)特性R，則有其向量形式的表示：對(duì)于上述濾波機(jī)理，根據(jù)濾波器的不同功能特性，有平滑空間濾波器和銳化空間濾波器之分。平滑空間濾波器：平滑濾波器用于模糊處理和降低噪聲。有均值濾波器（線(xiàn)性）和中值濾波器（非線(xiàn)性）兩類(lèi)。均值濾波器的響應(yīng)特性R是由模板定義的鄰域內(nèi)像素灰度的平均值構(gòu)成，使圖像顯得更為平滑，使之對(duì)感興趣的物體得到一個(gè)粗略的描述而模糊圖像，將較小的物體的灰度與背景混合在一起，達(dá)到消除的目的，使較大物體變得易于檢測(cè)。而中值濾波器是一種非線(xiàn)性空間濾波器，它的響應(yīng)以濾波器包圍的圖像區(qū)域所包含的像素的排序?yàn)榛A(chǔ)，然后利用統(tǒng)計(jì)排序結(jié)果決定的值代替中心像素的值。它的主要作用是使不同灰度的點(diǎn)看起來(lái)更接近于它的相鄰點(diǎn)，這就非常有利于消除椒鹽噪聲，只需要使用中值濾波器來(lái)去除那些相對(duì)于其鄰域像素更亮或更暗并且其區(qū)域小于（濾波器區(qū)域的一半）的孤立像素族。銳化空間濾波器：用于增強(qiáng)特征與細(xì)節(jié)。跟平滑空間濾波器相反，采用空間微分來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于一階微分需保證三點(diǎn)：a、在恒定灰度區(qū)域的微分值為零；b、在灰度臺(tái)階或斜坡處微分值非零；c、沿著斜坡微分值非零。二階微分則需保證：a、在恒定區(qū)域微分值為零；b、在灰度臺(tái)階或斜坡的起點(diǎn)處微分值非零；c、沿著斜坡的微分值為零。然而在數(shù)字圖像邊緣處類(lèi)似于斜坡過(guò)渡，這樣呆滯一階微分產(chǎn)生較粗的邊緣，而二階微分產(chǎn)生由零分開(kāi)的一個(gè)像素寬的雙邊緣，于是在邊緣處增強(qiáng)采用二階微分來(lái)銳化。銳化有三種方法：1. 使用二階微分進(jìn)行圖像銳化-拉普拉斯算子我們使用 拉普拉斯對(duì)圖像增強(qiáng)的基本方法可表示為下式2. 非銳化掩蔽和高提升濾波非銳化掩蔽的處理過(guò)程為：1) 模糊原圖像2) 從原圖像中減去模糊圖像（產(chǎn)生的差值圖像為模板）3) 將模板加到原圖像上令表示模糊圖像，非銳化掩蔽以公式表示如下。首先得到模板,然后在原圖像上加上模板的一個(gè)權(quán)重部分當(dāng)k=1