第4章-空間域增強技術(shù)課件

第4章空域增強技術(shù)圖象增強技術(shù)是使圖象的某種指定效果更好。例如，使X透視照片更清晰。分成兩大類：空域增強技術(shù)和頻域增強技術(shù)。其中，空域指象素組成的空間。空域增強技術(shù)直接作用于象素?？梢员硎緸?/p>

g(x,y)=EH(f(x,y))

其中f和g分別是增強前后的圖象.這個變換不改變象素的位置，僅改變象素的灰度f(x,y)。4.1空間技術(shù)分類如果變換EH僅用一個點，稱EH為點運算（點處理）。如果變換EH還用到點(x,y)鄰域內(nèi)的點,那么記變換EH為 g(x,y)=EH(f(x,y)，n)， 稱為模板處理。點操作可以分為灰度操作和集合操作,它們僅根據(jù)該點的灰度和位置,分別改變原灰度為新灰度(稱為灰度變換或灰度映射)和原位置為新位置的象素.灰度操作可以把不同的灰度變成同一個灰度,集合操作可以把不同位置變成同一個位置.因此,它們可能不是可逆的變換.4.2圖象間運算4.2.1算術(shù)和邏輯運算算術(shù)運算一般用于兩個象素p,q: p+q,p-q,p*q和p/q.應用:圖象之間f(x,y)和h(x,y)的差異用減法求出

g(x,y)=f(x,y)–h(x,y).圖象之加法可以消去噪音e(x,y)。設圖象信號為f(x,y)加上噪音后變成gi(x,y)=f(x,y)+ei(x,y).假設噪音ei互不相關(guān)和E(ei)=0,那么n幅圖象的平均將壓制噪音:邏輯運算 補NOT,與AND,或OR,異XOR應用:檢測目標的邊界,向右移動一個象素后,依次作與運算、差運算得到左邊界。類似做出上、下、左邊的邊界。直接灰度映射4.3.1灰度映射原理 將圖象中的灰度值按某種規(guī)律映射成新灰度。在對于彩色圖象做灰度映射時應注意保持色調(diào)和飽和度相同，只改變亮度。（HSV）t0原灰度新灰度s典型灰度映射圖象求反 對圖象求反是將原圖象的灰度值反轉(zhuǎn)。例如，黑底的照片變成白底的照片。設灰度有L個等級。原灰度是d,新灰度是L-1-d。L-1L-10原灰度新灰度d增強對比度 增加圖象的各部分的反差。例如，圖象落在灰度s1和s2之間的部分是感興趣的部分，而其他部分不重要。那么可以把灰度s1和s2之間的部分的灰度反差變大。S1S2L-10L-1動態(tài)范圍壓縮 原圖象的灰度范圍過大，因此，需要壓縮到可以顯示的堆度范圍。例如，t=Clog(1+|s|).C為尺度比例常數(shù)。st灰分切分 把某部分的灰度變得突出。st直方圖變換直方圖和積累直方圖圖象的灰度統(tǒng)計稱為直方圖。假設圖象有n個象素，灰度等級有k=0,1,…,L-1個。sk為第k個等級的象素的灰度，設該象素在圖象中共有nk個，那么該象素出現(xiàn)的頻率是

為了規(guī)范化，把sk限制在0到1內(nèi)。當k跑遍0,1,…,L-1時，就給出了一個函數(shù)圖形，稱為直方圖。直方圖是一個1D的離散函數(shù)。積累直方圖就是由前k等級之和所生成的積累直方圖。L-1L-1Ps(sk)EH(sk)kk直方圖均衡化

設ps(sk)=nk/n，0sk

1,k=0,1,…,L-1.即灰度sk的象素占全體象素的比例是ps(sk)。令

EH(sk)是單調(diào)增加函數(shù)，它等于灰度在sk以下的象素所占的比例。可以寫出反函數(shù)：sktksktk假設tk=EH(sk)=1/4，那么，灰度sk映射到tk意味著tk=1/4以下的灰度占象素總數(shù)的1/4。如果tk=EH(sk)=1/2，那么tk=1/2以下的灰度占象素總數(shù)的1/2。即tk的直方圖是均勻分布。直方圖的計算直方圖均衡化的計算：假設原圖象有L個灰度，不妨記sk就是灰度k。依次計算頻率p(k)＝nk/n,k=0,1,…,L-1.計算積累直方圖EH(k),k=0,1,…,L-1.用下式計算tk的近似值：由于tk在零與一之間，應該把tk映射到在[0,L-1]范圍內(nèi)的一個整數(shù)，所以用L-1乘以tk后取整,即[(L-1)tk]。由此來確定灰度k到[(L-1)tk]的灰度映射關(guān)系。的pk直方圖的規(guī)定化規(guī)定化即把圖象的直方圖變成指定的直方圖。作法是先把它們都變成均衡化的直方圖，再把第一步得到的變換反轉(zhuǎn)過來使用。變換反轉(zhuǎn)需要確定對應的規(guī)則。SML選使下式最小的k和l:GML使用組映射規(guī)則，設有一個整數(shù)函數(shù)Ｉ(l),l=0,…,N-1，使得0I(0)I(1)…I(N-1)M-1.現(xiàn)在確定能使最小的I(l)。如果l＝０，將i=0,…,I(0)的ps(si)對應到pu(u0),否則，將i=I(l-1)+1,…,I(l)的ps(si)對應到pu(ul).４.5線性濾波器4.5.1技術(shù)分類和實現(xiàn)原理技術(shù)分類根據(jù)功能分成平滑濾波和銳化濾波。 平滑濾波減弱和消除高頻分量，使圖象灰度平滑。 銳化濾波減弱和消除低頻分量，是圖象反差增大。２.模板卷積 方形模板在圖象中漫游，中心對準一個象素。4.5.2線性平滑濾波器1.鄰域平均

g(x,y)=模板中象素灰度的平均２.加權(quán)平均

g(x,y)=模板中象素灰度的加權(quán)平均。常用高斯分布來計算各系數(shù)值。常用小模板。１２１２４２１２１可選模板M=2n+1,n=2+1。也有用3作為窗口半徑。4.6非線性濾波

分成三個發(fā)展方向：邏輯、幾何和代數(shù)，分別基于集合、形狀和排序。下面介紹基于排序的方向。4.6.1非線性平滑濾波器1-D中值濾波原理非線性、基于模板。設模板尺寸Ｍ＝2r+1,r為半徑。給定一維信號{fi},I=1,2,…,N.則中值濾波的輸出為

gj=數(shù)組fj-r,fj-r+1,…,f0,…,fj+r-1,fj+r的中值。其中，fj的下標在0到N之間。這意味著對該數(shù)組排序，然后輸出一個數(shù)，使它既不大于又不小于其中的r+1個數(shù)。中值濾波能完全消除孤立的脈沖（零脈沖響應）和不影響理想的階躍響應。能被中值濾波完全除去的脈沖的最大長度依賴于濾波器的模板長度Ｍ。２.２-D中值濾波原理 取模板尺寸nn，對數(shù)組排序，然后取一個數(shù)，使它使它既不大于又不小于其中的n2/2個數(shù)。實際操作時，讓模板在圖象中游動。中值濾波能消除孤立的脈沖。 鄰域平均濾波器在去掉孤立脈沖時模糊了圖象，中值濾波器在去掉孤立脈沖時不影響圖象。但是，中值濾波不能去掉服從高斯分布的噪音。３.中值濾波的模板 效果與模板的大小有關(guān)，也與模板中參與運算的象素個數(shù)有關(guān)。用稀疏模板運算速度較快。４.均值、中值和最頻值 最頻值是出現(xiàn)頻率最高的值。如果圖象有單個峰值的對稱直方圖，那么均值、中值和最頻值相等。如果圖象有單個峰值的直方圖，那么最頻值對應最高峰，而中值比均值更接近最頻值。５.序統(tǒng)計濾波器 中值濾波是序統(tǒng)計濾波器的特例，例如，最大值濾波器和最小值濾波器也是序統(tǒng)計濾波器。中點濾波器是最大值濾波器和最小值濾波器的平均。4.6.2非線性銳化濾波器１.微分方法可以銳化圖象。用兩個差商來代替微分：－１－１－１１１１１－１１－１１－１分別用１范數(shù)、２范數(shù)和范數(shù)計算時２.銳化濾波器的通用性質(zhì)(1)零位移。銳化濾波器不改變邊緣的位置。應具有反對稱性。(2)消除均值。銳化濾波器均值為零。(3)無選擇性的微分。微分操作只對象素灰度敏感。(4)對稱性質(zhì)。３.最大最小銳化變換最大最小銳化變換的迭代實現(xiàn)：局部增強對