圖像處理與分析（2,3）空域增強技術(shù)-2015-3-13

1、第1頁第2講圖像處理與分析圖像處理與分析第一部分：第一部分： 第二部分：第二部分： 圖像處理圖像處理 圖像分析圖像分析1. 基礎知識 5. 形態(tài)學圖像處理2. 空域處理 6. 圖像分割3. 頻域處理 7. 表示與描述4. 彩色圖像 8. 特征提取 第2頁第2講第一部分第一部分 ：圖像處理：圖像處理2 空域增強技術(shù)空域增強技術(shù)空域增強技術(shù)第3頁第2講空域增強技術(shù)第一部分第一部分-2 空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 2.1 空域技術(shù)分類2.2 像素間運算2.3 直接灰度映射2.4 直方圖變換2.5 線性濾波2.6 非線性濾波2.7 局部增強第4頁第2講空域增強技術(shù)第一部分第一部分-2 空域增強技術(shù)空域增

2、強技術(shù) 第5頁第2講第一部分第一部分-2 空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 空域增強技術(shù)第6頁第2講空域增強技術(shù)圖像增強圖像增強目標目標：改善圖像質(zhì)量/改善視覺效果標準標準：相當主觀，因人而異 沒有完全通用的標準 可以有一些相對一致的準則技術(shù)：技術(shù)：“好”，“有用”的含義不相同 具體增強技術(shù)也可以大不相同空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 第7頁第2講空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 空域增強技術(shù)第8頁第2講空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 空域增強技術(shù)第9頁第2講空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 空域增強技術(shù)第10頁第2講空域增強技術(shù)空域增強技術(shù) 空域增強技術(shù)第11頁第2講空域增強技術(shù)2.1 空域技術(shù)分類空域技術(shù)分類空域：空域：指由

3、像素組成的空間 空域增強：空域增強： 點操作點操作：灰度點操作幾何操作),( ),(HyxfEyxg),(),(yxfPyxgxy),(),(yxMyx第12頁第2講空域增強技術(shù)2.1 空域技術(shù)分類空域技術(shù)分類點操作點操作：(1) 借助對一系列圖像間的操作進行變換(2) 將f ()中的每個像素按EH操作直接變換以得到g()；(3) 借助f ()的直方圖進行變換模板操作（涉及鄰域）模板操作（涉及鄰域）： )(HsEt )( , HsnsEt 第13頁第2講空域增強技術(shù)2.2 圖像間運算圖像間運算 圖像間的運算指以圖像為單位進行的操作，運算的結(jié)果是一幅新圖像 2.2.1 算術(shù)和邏輯運算2.2.2

4、圖像間運算的應用第14頁第2講空域增強技術(shù)2.2.1 算術(shù)和邏輯運算1. 算術(shù)運算算術(shù)運算(1) 加法：記為p + q(2) 減法：記為p q(3) 乘法：記為p q(2) 除法：記為pq 對整幅圖像的算術(shù)和邏輯運算是逐像素進行的，即在兩幅圖像的對應（位置）像素間進行 第15頁第2講空域增強技術(shù)2.2.1 算術(shù)和邏輯運算2. 邏輯運算（只用于二值圖像）邏輯運算（只用于二值圖像）(1) 補（COMPLEMENT）：記為NOT q(2) 與（AND）：記為p AND q (3) 或（OR）：記為p OR q(2) 異或（XOR）：記為p XOR q第16頁第2講空域增強技術(shù)u主要應用舉例去除“疊加

5、性”噪音生成圖象疊加效果2.2.2 圖像間運算的應用第17頁第2講2.2.2 圖像間運算的應用空域增強技術(shù)第18頁第2講2.2.2 圖像間運算的應用空域增強技術(shù)第19頁第2講空域增強技術(shù)圖像間減法的應用圖像間減法的應用u主要應用舉例去除不需要的疊加性圖案檢測同一場景兩幅圖象之間的變化計算物體邊界的梯度= =- -第20頁第2講空域增強技術(shù)圖像間乘法的應用圖像間乘法的應用u主要應用舉例 圖象的局部顯示，用二值模板圖象與原圖象做乘法第21頁第2講空域增強技術(shù)2.3 直接灰度映射直接灰度映射 將 f (x, y)中的每個像素灰度按EH 操作直接變換以得到g(x, y)2.3.1 灰度映射原理 2.3

6、.2 典型灰度映射 第22頁第2講2.3 直接灰度映射直接灰度映射 空域增強技術(shù)第23頁第2講空域增強技術(shù)2.3.1 灰度映射原理直接灰度映射是一種點操作第24頁第2講空域增強技術(shù)1、圖像求反2、 增強對比度3、動態(tài)范圍壓縮2、灰度切分2.3.2 典型灰度映射第25頁第2講2.3.2 典型灰度映射空域增強技術(shù)第26頁第2講2.3.2 典型灰度映射空域增強技術(shù)第27頁第2講2.3.2 典型灰度映射空域增強技術(shù)第28頁第2講2.3.2 典型灰度映射空域增強技術(shù)第29頁第2講2.3.2 典型灰度映射空域增強技術(shù)第30頁第2講空域增強技術(shù)第31頁第2講空域增強技術(shù)第32頁第2講2.3.2 典型灰度映射

7、空域增強技術(shù)第33頁第2講2.3.2 典型灰度映射第34頁第2講2.3.2 典型灰度映射空域增強技術(shù)第35頁第2講空域增強技術(shù)2.3.2 典型灰度映射位平面切片位平面切片 假設圖像中每個像素的灰度級是假設圖像中每個像素的灰度級是256，這可以用，這可以用8位來表位來表示，假設圖像是由示，假設圖像是由8個個1位平面組成，范圍從位平面位平面組成，范圍從位平面0到位到位平面平面7。其中，位平面。其中，位平面0包含圖像中像素的最低位，位平面包含圖像中像素的最低位，位平面7包含像素的最高位。包含像素的最高位。第36頁第2講2.3.2 典型灰度映射u位平面切片空域增強技術(shù)第37頁第2講2.3.2 典型灰度

8、映射空域增強技術(shù)第38頁第2講位平面切片空域增強技術(shù)第39頁第2講空域增強技術(shù)2.4 直方圖變換直方圖變換 直方圖是圖像的一種統(tǒng)計表達 直方圖反映了圖中灰度的分布情況2.4.1 直方圖均衡化 2.4.2 直方圖規(guī)定化 第40頁第2講空域增強技術(shù)灰度統(tǒng)計直方圖1-D的離散函數(shù)提供了圖像像素的灰度值分布情況計算：設置一個有 L 個元素的數(shù)組，對原圖的灰度值進行統(tǒng)計2.4.1 直方圖均衡化nnkHk)(第41頁第2講2.4.1 直方圖均衡化空域增強技術(shù)第42頁第2講2.4.1 直方圖均衡化空域增強技術(shù)第43頁第2講2.4.1 直方圖均衡化空域增強技術(shù)第44頁第2講2.4.1 直方圖均衡化空域增強技術(shù)

9、第45頁第2講空域增強技術(shù)第46頁第2講空域增強技術(shù)第47頁第2講空域增強技術(shù)直方圖均衡化借助直方圖變換實現(xiàn)（歸一的）灰度映射均衡化（線性化）基本思想對在圖像中像素個數(shù)多的灰度級進行展寬，而對像素個數(shù)少的灰度級進行縮減。從而達到清晰圖像的目的。變換原始圖像的直方圖為均勻分布 = 擴大動態(tài)范圍使像素灰度值的動態(tài)范圍最大 = 增強圖像整體對比度（反差）2.4.1 直方圖均衡化第48頁第2講空域增強技術(shù)歸一化直方圖增強函數(shù)(1) EH(r)： 單值單增函數(shù)，各灰度級在變換后仍保持排列次序(2) 變換前后灰度值動態(tài)范圍一致10Lr1)(0HLrE1 , , 1 , 010)(Lkrnnrpkkkr2.

10、4.1 直方圖均衡化第49頁第2講空域增強技術(shù)（歸一化）累積直方圖(1)tk 是 k 的單值單增函數(shù) (2)灰度取值范圍一致，0 tk 1 (3)將r的分布轉(zhuǎn)換為t 的均勻分布 kiirkiikkrpnnrEHt00)()(2.4.1 直方圖均衡化第50頁第2講空域增強技術(shù)2.4.1 直方圖均衡化第51頁第2講空域增強技術(shù)2.4.1 直方圖均衡化第52頁第2講2.4.1 直方圖均衡化空域增強技術(shù)第53頁第2講空域增強技術(shù)借助直方圖變換實現(xiàn)規(guī)定/特定的灰度映射(1) 對原始直方圖進行灰度均衡化(2) 規(guī)定需要的直方圖，計算能使規(guī)定直方圖均衡化的變換(3) 將原始直方圖對應映射到規(guī)定直方圖kiis

11、iskspsEHt0)()(ljjujulupuEHv0)()(2.4.2 直方圖規(guī)定化三三個個步步驟驟第54頁第2講空域增強技術(shù)兩種映射/對應規(guī)則(1) 單映射規(guī)則(2) 組映射規(guī)則（I(l)：整數(shù)函數(shù)）1 , , 1 , 01 , , 1 , 0)()(00NlMkupspljjukiis1 , , 1 , 0)()()(00NlupsplIiljjuis2.4.2 直方圖規(guī)定化第55頁第2講2.4.2 直方圖規(guī)定化空域增強技術(shù)第56頁第2講2.4.2 直方圖規(guī)定化空域增強技術(shù)第57頁第2講空域增強技術(shù)2.4.2 直方圖規(guī)定化第58頁第2講空域增強技術(shù)直方圖規(guī)定化 vs. 直方圖均衡化直方

12、圖均衡化： 自動增強 效果不易控制 總得到全圖增強的結(jié)果直方圖規(guī)定化： 有選擇地增強 須給定需要的直方圖 可特定增強的結(jié)果2.4.2 直方圖規(guī)定化第59頁第2講空域增強技術(shù)2.5 線性濾波線性濾波利用像素本身以及其鄰域像素的灰度關(guān)系進行增強的方法常稱為濾波 2.5.1 技術(shù)分類和實現(xiàn)原理模板卷積，鄰域操作2.5.2 線性平滑濾波器 減弱或消除圖像中的噪聲 第60頁第2講空域增強技術(shù)2.5.1 技術(shù)分類和實現(xiàn)原理功能特點線性非線性平滑（低通）G1G2銳化（高通）G3G4在圖像空間借助模板進行鄰域操作分類1： (1)線性：如鄰域平均 (2)非線性：如中值濾波分類2： (1)平滑：模糊，消除噪聲(2

13、)銳化：增強被模糊的細節(jié)第61頁第2講2.5.1 技術(shù)分類和實現(xiàn)原理空域增強技術(shù)第62頁第2講空域增強技術(shù)第63頁第2講空域增強技術(shù)sXYxyXYxyR4s2385sssssss76104kkkkkk32kkk50167800881100skskskR濾波器實現(xiàn) 鄰域運算：2.5.1 技術(shù)分類和實現(xiàn)原理第64頁第2講空域增強技術(shù)4kkkkkk32kkk5016781111111111、鄰域平均鄰域平均系數(shù)都是正的保持灰度值范圍（所有系數(shù)之和為1）例：3 3 模板101MiiiskMz2.5.2 線性平滑濾波器第65頁第2講空域增強技術(shù)2、加權(quán)平均加權(quán)平均中心系數(shù)大周圍系數(shù)小2.5.2 線性平滑

14、濾波器第66頁第2講2.5.2 線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第67頁第2講2.5.2 線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第68頁第2講2.5.2 線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第69頁第2講空域增強技術(shù)2.6 非線性濾波非線性濾波 邏輯的、幾何的、代數(shù)的非線性濾波器 基于集合的、基于形狀的、基于排序的 2.6.1 非線性平滑濾波器2.6.2 非線性銳化濾波器第70頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第71頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第72頁第2講空域增強技術(shù)2.6.1 非線性平滑濾波器既消除噪聲又保持細節(jié)（不模糊）中值（中值（median）濾波器濾波器(1) 將模板中心與像素

15、位置重合(2) 讀取模板下各對應像素的灰度值(3) 將這些灰度值從小到大排成1列(2) 找出這些值里排在中間的1個(5) 將這個中間值賦給模板中心位置像素第73頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第74頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第75頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第76頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第77頁第2講空域增強技術(shù)中值（median）濾波器的模板中值濾波器的消噪聲效果與兩個不同的，但又有聯(lián)系的因素有關(guān)。首先是模板的尺寸，其次是參與運算的像素數(shù)圖像中尺寸小于模板尺寸一半的過亮或過暗區(qū)域?qū)跒V波后會被消除掉(a)(b

16、)(c)(d)(e)(f)2.6.1 非線性平滑濾波器第78頁第2講空域增強技術(shù)百分比（percentile）濾波器中值濾波器是一個特例特例最大值最小值中點濾波器2.6.1 非線性平滑濾波器第79頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第80頁第2講2.6.1 非線性平滑濾波器空域增強技術(shù)第81頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第82頁第2講空域增強技術(shù)1、非線性銳化濾波器、非線性銳化濾波器利用微分可以銳化圖像（積分平滑圖像） 梯度：對應一階導數(shù) 最常用的微分矢量（需要用2個模板分別沿 X和 Y 方向計算） Tyfxff2.6.2 非線性銳化濾波器第83頁第2講2.6.2

17、 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第84頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第85頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第86頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第87頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器u從模板形式容易看出，如果在圖像中一個較暗的區(qū)域中出現(xiàn)了一個亮點，那么用拉普拉斯運算就會使這個亮點變得更亮。u圖像中的邊緣就是那些灰度發(fā)生跳變的區(qū)域，所以拉普拉斯銳化模板中邊緣檢測中很有用。u但該算子也會增強圖像中的噪聲，有時可將圖像先進行平滑處理再用拉普拉斯算子?？沼蛟鰪娂夹g(shù)第88頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第89頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第90頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第91頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第92頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第93頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第94頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第95頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第96頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第97頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第98頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波器空域增強技術(shù)第99頁第2講2.6.2 非線性銳化濾波