數(shù)字圖像處理：Ch3 灰度變換與空間濾波-2

1、Ch3 灰度變換與空間濾波本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握基于灰度變換與空間濾波實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)的方法。3.1 背景知識(shí) 3.2 基本灰度變換函數(shù)3.3 直方圖處理 3.4 空間域?yàn)V波基礎(chǔ)3.5 平滑空間濾波器3.6 銳化空間濾波器空間濾波復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋作業(yè)用圖示例原圖與灰度圖（原圖來源：本組張永亮 攝影，奧體公園東門，2013,10,1）贊！可以用在必做題作業(yè)中，但注意是否屬于應(yīng)用復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換線性變換復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換對(duì)數(shù)變換rs復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換伽馬變換rs課本圖3.6復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換分段線性變換分段拉伸灰度級(jí)分層rsrsrs復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換分段線性變換課

2、本圖3.12復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換對(duì)數(shù)變換課本圖3.5復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋基本灰度變換線性變換反轉(zhuǎn)s = L-1-r課本圖3.4灰度直方圖的基本概念直方圖均衡直方圖匹配（規(guī)定化）局部直方圖處理在圖像增強(qiáng)中使用直方圖統(tǒng)計(jì)3.3 直方圖處理灰度直方圖的基本概念如果將圖像中像素灰度級(jí)看成是一個(gè)隨機(jī)變量，則其取值分布情況就反映了圖像的統(tǒng)計(jì)特性，這一特性可用灰度直方圖(Histogram)來描述。灰度級(jí)范圍為0, L-1的數(shù)字圖象的灰度直方圖是灰度級(jí)的離散函數(shù)： h(rk)=nk，rk 是第k級(jí)灰度值，nk是圖像中灰度值為rk的像素的個(gè)數(shù)，k=0,1, L-1。12歸一化的灰度直方圖 其中,n 為一幅圖像

3、中像素總數(shù),nk是圖像中灰度值為rk的像素的個(gè)數(shù)。 灰度直方圖歸一化處理后，pr(rk)可視為圖像灰度級(jí)rk發(fā)生的概率估計(jì)值。 k=0,1,L-113灰度直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，它表示圖像中具有某種灰度級(jí)的像素的個(gè)數(shù)，或者圖像中每種灰度出現(xiàn)的頻率。 圖像灰度直方圖nkrk灰度直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，它表示圖像中具有某種灰度級(jí)的像素的個(gè)數(shù)，或者圖像中每種灰度出現(xiàn)的頻率。 1234223433344444計(jì)算實(shí)例量化級(jí)數(shù)為2縱軸用像素個(gè)數(shù)表示量化級(jí)數(shù)16縱軸用頻率表示Matlab計(jì)算實(shí)例 四個(gè)基本圖像類型：暗、亮、低對(duì)比度、高對(duì)比度。 1）暗色圖像中，直方圖的組成成分集中在灰度級(jí)低(暗)的一側(cè)； 2）

4、明亮圖像的直方圖則傾向于灰度級(jí)高的一側(cè)； 3）低對(duì)比度圖像的直方圖窄而集中于灰度級(jí)的中部。對(duì)于黑白圖像，好像灰度被沖淡了一樣。 4）在高對(duì)比度的圖像中，直方圖的成分覆蓋了灰度級(jí)很寬的范圍，而且，像素的分布較為均勻，只有少量垂線比其他的高許多。 直方圖與圖像表現(xiàn)課本圖3.1616結(jié)論： 若一幅圖像其像素占有全部可能的灰度級(jí)并且分布均勻，則這樣的圖像有高動(dòng)態(tài)范圍、對(duì)比度和多變的灰度色調(diào)。最終效果將是現(xiàn)一幅灰度細(xì)節(jié)豐富且動(dòng)態(tài)范圍較大的圖像。對(duì)應(yīng)于背景部分對(duì)應(yīng)于物體部分閾值根據(jù)直方圖可選擇分割、二值化的閾值物體背景部分補(bǔ)充：補(bǔ)充： 直方圖只能用于顏色直方圖嗎？ No! 我們這里講的是灰度直方圖，實(shí)際上

5、直方圖是一個(gè)統(tǒng)計(jì)特征，任何可以量化的都可以做直方圖?；叶戎狈綀D的基本概念直方圖均衡直方圖匹配（規(guī)定化）局部直方圖處理在圖像增強(qiáng)中使用直方圖統(tǒng)計(jì)3.3 直方圖處理20直方圖均衡 什么是直方圖均衡？ 灰度變換函數(shù)的特性應(yīng)具有哪些特性？ 直方圖均衡化實(shí)例 小結(jié)灰度直方圖均衡化實(shí)現(xiàn)過程 什么是直方圖均衡化？ 直方圖均衡化是指尋找一個(gè)灰度變換函數(shù)， 使變換后的圖像的像素值占有全部的灰度級(jí)并且分布均勻，從而得到一幅灰度級(jí)豐富且動(dòng)態(tài)范圍大的圖像（即高對(duì)比度圖像）。 rs 變換函數(shù)T是怎樣的呢？r的范圍是0,L-1，s的范圍是？rs作用：保證變換后輸出灰度級(jí)與輸入有同樣的范圍。0,L-1 變換函數(shù)T是怎樣的呢

6、?r的范圍是0,L-1，s的范圍是？T的形式？rs作用： 保證輸出圖像的灰度級(jí)從白到黑的次序不變，且 T(r) 的反函數(shù)存在。單調(diào)遞增 or 嚴(yán)格單調(diào)遞增0,L-124單調(diào)遞增嚴(yán)格單調(diào)遞增 變換函數(shù)T是怎樣的呢？r的范圍是0,L-1，s的范圍是？ 0,L-1T的形式？ 單調(diào)遞增 or 嚴(yán)格單調(diào)遞增 變換函數(shù)T是怎樣的呢？r的范圍是0,L-1，s的范圍是？ 0,L-1T的形式？ 單調(diào)遞增 or 嚴(yán)格單調(diào)遞增直方圖均衡化所用函數(shù)T形式：為何用這種形式？滿足條件1、2？目標(biāo)直方圖均勻分布？參考課本P74舉例26 灰度直方圖均衡化實(shí)現(xiàn)實(shí)例：P767900.1910230.258500.216560.1

7、63290.082450.061220.03810.0227 小結(jié)灰度直方圖均衡化實(shí)現(xiàn)方法（1）計(jì)算輸入圖像的歸一化直方圖。一幅圖像中灰度級(jí)rk 出現(xiàn)的概率可近似為： 式中：L是灰度級(jí)的總數(shù)目，nk是圖像中灰度級(jí)為rk的像素的個(gè)數(shù)，n是圖像中像素總數(shù)。k=0,1,L-128（2）直方圖均衡化灰度變換函數(shù)的離散形式為：（3）對(duì)上式變換后的sk取整。 這樣，就完成了由輸入圖像灰度級(jí)到輸出圖像灰度級(jí)的映射變換 29（4）對(duì)輸入圖像中任一像素（x,y）,如果其灰度值為：那么，輸出圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)（x,y）的灰度值為： 03480 1 2 3 4 5 252 253 254 255 （sk取整）30I=imread(pout.tif);Ieq=histeq(I,256);Imshow(Ieq);Matlab IPT函數(shù): imhist() 計(jì)算和顯示圖象直方圖; histeq() 直方圖均衡化處理31直方圖均衡示例： 32小結(jié)： 直方圖均衡化能產(chǎn)生灰度級(jí)豐富且動(dòng)態(tài)范圍大的圖像（即高對(duì)比度圖像），而且這種增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)是完全“自動(dòng)化”，即，直方圖均衡化處理基于從已知圖像中提取的統(tǒng)計(jì)信息，來“自動(dòng)”選擇灰度變換函數(shù)，不需要更多的參數(shù)說明。因?yàn)橹狈綀D是近似的概率密度函數(shù)，所以用離散灰度級(jí)作變換一般得不到完全平坦的結(jié)果。本講作業(yè)選做題作業(yè)編號(hào)：CH3-3描述：編程實(shí)現(xiàn)通過直方圖均衡化，增強(qiáng)圖像的算法。核