數(shù)字圖像處理CH4點運算課件

1、第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理第四章第四章點運算點運算第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算CH4 點運算點運算 一、引言一、引言 二、點運算和直方圖二、點運算和直方圖 三、直方圖均衡化三、直方圖均衡化 四、直方圖匹配四、直方圖匹配 五、光度學校正和顯示校正五、光度學校正和顯示校正 六、要點總結(jié)六、要點總結(jié) 習題習題第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算1 引言引言 1）點運算（）點運算（point operation）定義）定義 對于一幅輸入圖像，將產(chǎn)生一幅輸出圖像，輸出圖像對于一幅輸入圖像，將產(chǎn)生一幅輸出圖像，輸出圖像的每個像素點的灰度值由輸入像素點決定。的

2、每個像素點的灰度值由輸入像素點決定。點運算由點運算由灰度變換函數(shù)（灰度變換函數(shù)（gray-scale transformation, GST）確）確定定。 Notice： （1）與局部（鄰域）運算的差別，）與局部（鄰域）運算的差別，輸入像素輸入像素-輸出像素一一對應(yīng)輸出像素一一對應(yīng)； （1）與幾何運算的差別，）與幾何運算的差別，不改變圖像的空間關(guān)系不改變圖像的空間關(guān)系； （2）又稱為對比度增強，對比度拉伸或灰度變換。）又稱為對比度增強，對比度拉伸或灰度變換。( , ),B x yfA x y第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算1 引言引言 2）點運算的種類）點運算的種類 （1）線性點運算）線

3、性點運算()()a1,b0,a1,b0,a10a1,a0,BAAGSTf DDf DDb函數(shù)為線性，即顯然，若圖象像素不發(fā)生變化；若圖象所有灰度值上移或下移；若，輸出圖象對比度增強；若輸出圖象對比度減?。蝗舭祬^(qū)域變亮，亮區(qū)域變暗，圖象求補。第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算1 引言引言 50BADD1 .5BAD D0 .8BAD D12 5 5B ADD 效效果果與與上上相相反反。效效果果同同上上。和和亮亮像像素素作作較較小小改改變變?；一叶榷燃壖墸恢皇故拱蛋迪裣袼厮貙⒃鲈黾蛹又兄虚g間范范圍圍像像素素的的為為例例，如如以以非非線線性性灰灰度度變變換換函函數(shù)數(shù) 21DDtan)2t

4、an(112Df(D)*21DDsin)2sin(112Df(D)*DDDCDf(D)*mmmmmlenna.bmp第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算1 引言引言 （2）非線性點運算）非線性點運算 0 .8 2 5 52 5 5xxfx x C0時，小于Dm/2拉伸，大于Dm/2的壓縮；C0，直方圖向右平移，圖像變亮；，直方圖向右平移，圖像變亮； *b1，直方圖對比度加大。，直方圖對比度加大。 例子例子1：lena1 .2 5 0BAD D 第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算2 點運算和直方圖點運算和直方圖第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算2 點運算和直方圖點運算和直方圖2131.

5、2*138+50第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算2 點運算和直方圖點運算和直方圖 例子例子2：假定原直方圖為高斯函數(shù)：假定原直方圖為高斯函數(shù) 221 0 08 0 05 01 0 01 .2 1 .28 0 011 .2DADBHDeHD e 1 .2 5 0BAD D 222 5 52 5 52 5 5AABADDD fD 第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算2 點運算和直方圖點運算和直方圖 （2） 二階點運算二階點運算22ABDAADBBBHDeeHDD第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算2 點運算和直方圖點運算和直方圖 例子例子3：平方點運算，假定原直方圖為高斯函數(shù)：平方點運算

6、，假定原直方圖為高斯函數(shù)此處用的灰度變換公式為DB=DA211ABHfDHDffD第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算2 點運算和直方圖點運算和直方圖 （3）其它情形）其它情形 *若灰度變換函數(shù)存在若灰度變換函數(shù)存在0斜率斜率，則輸出直方圖將產(chǎn)生，則輸出直方圖將產(chǎn)生尖峰尖峰； *若灰度變換函數(shù)存在若灰度變換函數(shù)存在斜率無窮大斜率無窮大，則輸出直方圖，則輸出直方圖將部分區(qū)域?qū)⒉糠謪^(qū)域擴展為一定寬度擴展為一定寬度； *若灰度變換函數(shù)不存在反函數(shù)，可以將輸入直方若灰度變換函數(shù)不存在反函數(shù)，可以將輸入直方圖圖劃為幾段劃為幾段，然后輸出直方圖為幾部分之和。，然后輸出直方圖為幾部分之和。第四章 點運算數(shù)

7、字圖像處理CH4點運算3 直方圖均衡化直方圖均衡化 1）目的：）目的：使一輸入圖像轉(zhuǎn)換為在每一灰度級上都有相同使一輸入圖像轉(zhuǎn)換為在每一灰度級上都有相同的像素點數(shù)的像素點數(shù)（即輸出的直方圖是平的）。（即輸出的直方圖是平的）。 進一步的作用在于圖像比較和分割。進一步的作用在于圖像比較和分割。 2）研究思路：通過直方圖變換公式）研究思路：通過直方圖變換公式 3）步驟）步驟 4）離散情況）離散情況 5）例子）例子101000001:2:3:14:5:AmmDmDmHfDAs t epDffDDs t epfHDADs t epfDHuduAs t epCDFDHuduAs t epfDDCDFD第四章

8、 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算3 直方圖均衡化直方圖均衡化累積分布函數(shù)CDF輸出直方圖為平的，所以其值為A0/Dm第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算3 直方圖均衡化直方圖均衡化 %初始化及得到初始化及得到lenna的灰度的灰度 lenna=zeros(128,128); lenna_equ=zeros(128,128); histgram=zeros(256); cdf=zeros(256); lenna,map=imread(c:templenna.bmp,bmp); %get histogram（直方圖）（直方圖） for i=1:128 for j=1:128 k=lenna(i,

9、j); histgram(k)=histgram(k)+1; end end第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算3 直方圖均衡化直方圖均衡化 %get cdf 累積分布函數(shù)累積分布函數(shù) cdf(1)=histgram(1); for i=2:256 cdf(i)=cdf(i-1)+histgram(i); end %run point operation for i=1:128 for j=1:128k=lenna(i,j); lenna_equ(i,j)=cdf(k)*256/(128*128); end end %生成直方圖均衡化后的生成直方圖均衡化后的lenna圖圖 imwrite(l

10、enna_equ,map,c:templenna_equ.bmp);第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算3 直方圖均衡化直方圖均衡化第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算3 直方圖均衡化直方圖均衡化均衡化會減少灰度級均衡化會減少灰度級數(shù)。為什么？怎么辦？數(shù)。為什么？怎么辦？第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算計算實例計算實例 假定有一幅總像素為N=6464的圖像，灰度級數(shù)為8，各灰度級分布列于下表中,對其均衡化計算過程如下：rknkpr(rk)=nk/Nsk計sk并sknskpk(s)r0=07900.190.191/7s0=1/77900.19r1=1/710230.250.443/7s

11、1=3/710230.25r2=2/78500.210.655/7s2=5/78500.21r3=3/76560.160.816/7r4=4/73290.080.896/7s3=6/79850.24r5=5/72450.060.951r6=6/71220.030.981r7=1810.021.001s4=14480.11第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算 a) 原始直方圖b) 均衡化后的直方圖c) 變換函數(shù) mAmCmAmC1CAs te p 1 :Bx ,y DC D FAx ,yBx ,y DC D FCx ,ys te p 2:DC D FAx ,y DC D FCx ,ys te

12、p 3:Cx ,y C D F C D FAx ,y 且且 a) 原圖b) 原圖的直方圖c) 均衡化后的圖像d) 均衡化后的直方圖第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算4 直方圖匹配直方圖匹配 1）目的：）目的：通過轉(zhuǎn)換比較兩幅數(shù)字圖像的直方圖，判斷通過轉(zhuǎn)換比較兩幅數(shù)字圖像的直方圖，判斷兩幅數(shù)字圖像是否為同一物理景象兩幅數(shù)字圖像是否為同一物理景象。 2）研究思路：）研究思路： 3）步驟）步驟 4）離散情況）離散情況 5）舉例）舉例第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算4 直方圖匹配直方圖匹配A(x,y) B(x,y) C(x,y) 問題問題1：在給定：在給定A圖像和圖像和C圖像的情況下，如何選

13、取灰圖像的情況下，如何選取灰度變換函數(shù)？度變換函數(shù)？ 問題問題2：判斷：判斷A圖像和圖像和C圖像是否為同一物理圖像？圖像是否為同一物理圖像？（請思考）（請思考）050100150200250300050100150200250300第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算4 直方圖匹配直方圖匹配2551CDFACDFCA(x,y)C(x,y)B 圖可以通過對A圖進行直方圖均衡化得到B 圖可以通過對C圖進行直方圖均衡化得到第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算4 直方圖匹配直方圖匹配 第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算4 直方圖匹配直方圖匹配 %get cdf-1 for i=1:128 fo

14、r j=1:128 for k=1:256 if lenna_match_cdf(k)/(128*128)lenna_equ(i,j) lenna_match(i,j)=k; break; endend end end第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算5 光度學和顯示校正光度學和顯示校正第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算5 光度學和顯示校正光度學和顯示校正 例子：例子：2AABfDa DbDbaBB若 D則 gD輸 出 電 壓 輸 入 光 強第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算5 光度學和顯示校正光度學和顯示校正 光電轉(zhuǎn)換特性光電轉(zhuǎn)換特性 （gamma）校正）校正 攝象機：攝象機：=

15、0.5 顯示器：顯示器： =2.5 人眼的生理特點人眼的生理特點 電影：電影： =1.5 電視或計算機：電視或計算機： =1.25 參考參考freesoft: gammalaunch 11ABH f DH Df f D第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算6 要點總結(jié)要點總結(jié) 1）點運算由輸入像素灰度和輸出像素灰度之間映射的）點運算由輸入像素灰度和輸出像素灰度之間映射的灰度變換函數(shù)確定?；叶茸儞Q函數(shù)確定。 2）線性點運算可以改變數(shù)字圖像的對比度。）線性點運算可以改變數(shù)字圖像的對比度。 3）線性點運算后的直方圖由下式確定：）線性點運算后的直方圖由下式確定： 4）數(shù)字圖像均衡化的灰度變換函數(shù)可由累

16、積分布函數(shù)）數(shù)字圖像均衡化的灰度變換函數(shù)可由累積分布函數(shù)確定：確定： 5）數(shù)字圖像匹配的灰度變換函數(shù)由下列函數(shù)確定）數(shù)字圖像匹配的灰度變換函數(shù)由下列函數(shù)確定：mfD DC D FD 1CAC x,yCDFCDF A x,y 23161552401.7,23BAADfDaDbababab解：解得第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算習題習題 P.82第第1題；題；3202002551.52,48BAADfDaDbababab解：解得第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算習題習題 P.82第第2題；題；025501704sin2552551704sin2552551cos2255mDGSTDCDFuduuduD解：第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算習題習題 P.82第第5題；題；230003412111234mDmmmmmmGSTDCDFDDAduDDDADDDDD解：第四章 點運算數(shù)字圖像處理CH4點運算習題習題 P.82第第6題；題；NoIm