數(shù)字圖像處理(頻域增強(qiáng))

1、 數(shù)字圖像處理圖像頻域增強(qiáng)方法的研究姓名：班級(jí):學(xué)號(hào)：目錄一 頻域增強(qiáng)的原理二 頻域增強(qiáng)的定義及步驟三 高通濾波四 MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)五 程序代碼六 小結(jié)一 頻域圖像的原理在進(jìn)行圖像處理的過(guò)程中，獲取原始圖像后，首先需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，因?yàn)樵讷@取圖像的過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)生圖像失真，使所得圖像與原圖像有某種程度上的差別。在許多情況下，人們難以確切了解引起圖像降質(zhì)的具體物理過(guò)程及其數(shù)學(xué)模型，但卻能估計(jì)出使圖像降質(zhì)的一些可能原因，針對(duì)這些原因采取簡(jiǎn)單易行的方法，改善圖像質(zhì)量。圖像增強(qiáng)一般不能增加原圖像信息，只能針對(duì)一些成像條件，把弱信號(hào)突出出來(lái)，使一些信息更容易分辨。圖像增強(qiáng)的方法分為頻域法和空域

2、法，空域法主要是對(duì)圖像中的各像素點(diǎn)進(jìn)行操作；而頻域法是在圖像的某個(gè)變換域內(nèi)，修改變換后的系數(shù)，例如傅立葉變換、DCT 變換等的系數(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行操作，然后再進(jìn)行反變換得到處理后的圖像。 MATLAB矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。它具有功能豐富的工具箱，不但能夠進(jìn)行信號(hào)處理、語(yǔ)音處理、數(shù)值運(yùn)算，而且能夠完成各種圖像處理功能。本文利用MATLAB工具

3、來(lái)研究圖像頻域增強(qiáng)技術(shù)。圖像增強(qiáng)是為了獲得更好質(zhì)量的圖像，通過(guò)各種方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，例如圖像邊緣檢測(cè)、分割以及特征提取等技術(shù)。圖像增強(qiáng)的方法有頻域處理法與空域處理法，本文主要研究了頻域處理方法中的濾波技術(shù)。從低通濾波、高通濾波、同態(tài)濾波三個(gè)方面比較了圖像增強(qiáng)的效果。文章首先分析了它們的原理，然后通過(guò)MATLAB軟件分別用這三種方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，處理后使圖像的對(duì)比度得到了明顯的改善，增強(qiáng)了圖像的視覺效果。二 頻域增強(qiáng)定義和步驟 圖像增強(qiáng)技術(shù)基本上可分成兩大類：頻域處理法和空域處理法。頻域處理法1的基礎(chǔ)是卷積定理，它采用修改圖像傅立葉變換的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)處理。在頻域空間，圖像的信息表現(xiàn)為

4、不同頻率分量的組合。如果能讓某個(gè)范圍內(nèi)的分量或某些頻率的分量受到抑制而讓其他分量不受影響，就可以改變輸出圖的頻率分布，達(dá)到不同的增強(qiáng)目的。頻域增強(qiáng)是利用圖像變換方法將原來(lái)的圖像空間中的圖像以某種形式轉(zhuǎn)換到其它空間中，然后利用該空間的特有性質(zhì)方便地進(jìn)行圖像處理，最后再轉(zhuǎn)換回原來(lái)的圖像空間中，從而得到處理后的圖像。頻域增強(qiáng)的主要步驟是：(1) 選擇變換方法，將輸入圖像變換到頻域空間；(2) 在頻域空間中，根據(jù)處理目的設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)并進(jìn)行處理；(3) 將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)。卷積理論是頻域技術(shù)的基礎(chǔ)。設(shè)函數(shù)f（x,y）與線性位不變算子h（x,y）的卷積結(jié)果是g（x,y），即g(x,y)=h

5、(x,y)*f(x,y)那么根據(jù)卷積定理在頻域有：G(x,y)=H(u,v)F(u,v)其中G(x,y)、 H(u,v)、F(u,v)分別是g(x,y)、h(x,y)、f(x,y)的傅立葉變換。（4）技術(shù)所需增強(qiáng)圖的傅立葉變換。（5）將其與一個(gè)（根據(jù)需要設(shè)計(jì)的）轉(zhuǎn)移函數(shù)相乘。（6）再將結(jié)果進(jìn)行傅立葉反變換以得到增強(qiáng)的圖。（7）將圖像從空域轉(zhuǎn)換到頻域所需的變換及將圖像從頻域空間轉(zhuǎn)換回空域所需的變換。（8）在頻域空間對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)加工操作。常用的頻域增強(qiáng)方法有低通濾波和高通濾波。以下分別介紹在MATLAB中如何實(shí)現(xiàn)。三 高通濾波圖像中的細(xì)節(jié)部分與其頻率的高頻分量相對(duì)應(yīng)，所以高通濾波可以對(duì)圖像進(jìn)行銳

6、化處理。高通濾波器與低通濾波器的作用相反，它使高頻分量順利通過(guò)，而消弱低頻。圖像的邊緣、細(xì)節(jié)主要位于高頻部分，而圖像的模糊是由于高頻成分比較弱產(chǎn)生的。采用高通濾波器可以對(duì)圖像進(jìn)行銳化處理，是為了消除模糊，突出邊緣。因此采用高通濾波器讓高頻成分通過(guò)，使低頻成分削弱，再經(jīng)逆傅立葉變換得到邊緣銳化的圖像。常用的高通濾波器有：(1) 理想高通濾波器 (2) 巴特沃斯高通濾波器 (3) 指數(shù)濾波器(4) 梯形濾波器這里我們采用理想高通濾波器。二維理想高通濾波器的傳遞函數(shù)為：四MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)五程序代碼I1=imread('D:miley.jpg');I=rgb2gray(I1);su

7、bplot(2,3,1),imshow(I); title('原圖像'); s=fftshift(fft2(I);subplot(2,3,2),imshow(abs(s),);title('圖像傅里葉變換所的頻譜');subplot(2,3,3),imshow(log(abs(s),); title('圖像傅里葉變換對(duì)數(shù)所得頻');a,b=size(s);a0=round(a/2);b0=round(b/2);d=10;p=0.2;q=0.5;for i=1:afor j=1:bdistance=sqrt(i-a0)2+(j-b0)2);if d

8、istance<=d h=0else h=1;end;s(i,j)=(p+q*h)*s(i,j);end;end;s=uint8(real(ifft2(ifftshift(s);subplot(2,3,4),imshow(s);title('高通濾波所得圖像');subplot(2,3,5),imshow(s+I);title('高通濾波所得高頻增強(qiáng)圖像');六小結(jié)增強(qiáng)圖像中的有用信息，它可以是一個(gè)是失真的過(guò)程，其目的是要改善圖像的視覺效果，針對(duì)給定圖像的應(yīng)用場(chǎng)合，有目的地強(qiáng)調(diào)圖像的整體或局域特性，將原來(lái)不清晰地圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，擴(kuò)大圖像中不同物體之間的差別，一直不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量，豐富信息量，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果，滿足某些特殊分析的需要。圖像增強(qiáng)可以分為二大類：頻率域法和空間域法。前者吧圖像看成一種二維信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行基于二位傅里葉變換的信號(hào)增強(qiáng)。采用低通濾波可以去掉圖像中的噪聲：采用高通