四章 圖像增強(qiáng)

第四章圖像增強(qiáng)

概述

灰度級修正圖像的平滑圖像的銳化圖像的同態(tài)增晰圖像的偽彩色處理圖像的幾何校正圖像增強(qiáng)概述圖像增強(qiáng)：不考慮降質(zhì)的原因，將圖像中感興趣的部分加以處理或突出有用的圖像特征的方法。圖像復(fù)原：針對降質(zhì)的具體原因，設(shè)法補(bǔ)償降質(zhì)因素，從而使改善后的圖像盡可能地逼近原始圖像的方法。

圖像增強(qiáng)空間域增強(qiáng)頻率域增強(qiáng)點(diǎn)運(yùn)算局部運(yùn)算4.1灰度級修正灰度變換法:全域線性灰度變換截取式線性灰度變換分段線性灰度變換非線性灰度變換直方圖修正法直方圖均衡化直方圖規(guī)定化全域線性灰度變換g(x,y)f(x,y)abcd0原圖像f(x,y)的灰度范圍從[a,b]擴(kuò)展到變化后圖像g(x,y)的灰度范圍[c,d],改善了視覺效果.截取式線性灰度變換g(x,y)f(x,y)abcd0兩端截取使得小于a和大于b的灰度被強(qiáng)行壓縮為c和d，造成一部分信息的丟失。分段線性灰度變換g(x,y)f(x,y)abcd0MgMr突出感興趣的目標(biāo)或灰度區(qū)間，抑制不感興趣的灰度區(qū)域。對比度拉伸(a)變換函數(shù)的形式(b)8bits低對比度的圖像(700倍的花粉圖像）?對比度拉伸的結(jié)果（r1=rmin,s1=0,r2=rmax,s2=L-1(d)門限化的結(jié)果(r1=r2=平均灰度值）灰度切割(a)本變換加亮了[A,B]范圍的灰度級，其它灰度為一較低的灰度級(b)[A,B]范圍的灰度級加亮，其它灰度級不變?一幅圖像(d)(a)變換的結(jié)果直方圖修正法直方圖：表示數(shù)字圖像中每一灰度級與其出現(xiàn)頻數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。zz1z20.50.01.0圖像的像素占有全部可能的灰度級并且分布均勻，則這樣的圖像有高對比多變灰度色調(diào)。直方圖均衡化直方圖均衡化是常用的灰度增強(qiáng)算法，目的是使所有灰度級出現(xiàn)的概率相同。Pr(ri)r0Pr(ri)r0直方圖規(guī)定化直方圖規(guī)定化方法一：將原來的直方圖換成某一個(gè)規(guī)定概率密度函數(shù)的直方圖。直方圖規(guī)定化方法二：通過控制一組直線段來構(gòu)成直方圖，使其滿足希望的形狀?；鹦菆D像及其直方圖直方圖均衡化變換函數(shù)直方圖均衡過的圖(b)的直方圖規(guī)定的直方圖變換函數(shù)直方圖規(guī)定化獲和得的圖像圖像的直方圖圖像的平滑定義：消除圖像噪聲的工作稱圖像平滑或?yàn)V波。減少噪聲的方法可在空間或頻率域處理鄰域平均空間域低通濾波多幅圖像平均中值濾波頻率域低通濾波鄰域平均法一幅圖像f(x,y)為N*N陣列，平滑后圖像為g(x,y)，它的每個(gè)像素的灰度級由(x,y)鄰域的幾個(gè)像素的灰度級的平均值所決定4點(diǎn)鄰域8點(diǎn)鄰域加權(quán)平均

大小為500＊500像素的原圖－(f)用大小為n=3,5,9,15,35的方形均值濾波器濾波掩模平滑處理的結(jié)果。在頂端的黑方塊大小分別為3,5，9,15,25,35,45,55個(gè)像素，邊界相隔25個(gè)像素，位于底端的字母大小在10到24點(diǎn)之間，增量為2個(gè)點(diǎn)；取至空間望遠(yuǎn)鏡的圖像由15＊15均值掩模處理過的圖像對圖(b)進(jìn)行閾值處理的結(jié)果鄰域平均法優(yōu)點(diǎn)：算法簡單，計(jì)算速度快缺點(diǎn)：降低噪聲時(shí)使圖像產(chǎn)生模糊，采用域值法解決：中值濾波

原理：中值濾波是一種對干擾脈沖和點(diǎn)狀噪聲有良好抑制作用，而對圖像邊緣能較好保持的非線性圖像增強(qiáng)技術(shù)。它是一個(gè)含有奇數(shù)點(diǎn)的滑動(dòng)窗口，將窗口正中那點(diǎn)值用窗口內(nèi)各點(diǎn)灰度的中值代替。適用范圍：克服線性濾波器帶來的模糊，濾除干擾脈沖和圖像掃描噪聲。而不適于點(diǎn)、線和尖頂細(xì)節(jié)多的圖像。從總體上，中值濾波器能很好地保留原圖像中的躍變部分。椒鹽噪聲污染的電路板X光圖像用3*3均值掩模去除噪聲（圖像較模糊）用3*3中值濾波器去除噪聲中值濾波和平均濾波比較示意圖

（5個(gè)點(diǎn)窗口的中值濾波平均濾波器的比較）原信號平均濾波中值濾波中值濾波和平均濾波比較示意圖中值濾波主要特性對某些輸入信號中值濾波的不變性中值濾波可以用來減弱隨機(jī)干擾和脈沖干擾中值濾波后，信號頻譜基本不變。頻率域低通濾波f(x,y)傅立葉變換F(u,v)線性低通濾波器G(u,v)傅立葉反變換g(x,y)頻域?yàn)V波框圖:常用低通濾波器：H(u,v)D(u,v)10D0理想低通濾波器ILPF特性曲線H(u,v)D(u,v)10D0巴特沃思低通濾波器BLPF特性曲線H(u,v)D(u,v)10D0指數(shù)低通濾波器ELPF特性曲線(a)理想低通濾波器(b)以圖像顯示的濾波器?濾波器的徑向橫斷面如上的半徑值為5,15,30,80,230的截止頻率進(jìn)行理想低通濾波的結(jié)果，由上述濾波器濾除的功率分別為總功率的8%，5.4%，3,6%，2%，0.5%。可見低通濾波器非常不實(shí)用。（a)半徑為5的頻率域ILPF，(b)相應(yīng)的空間濾波器，?空間域的5個(gè)脈沖模擬5個(gè)像素值，(d)空間域(b)和?的卷積。分別為階次為1,2，5,20的BLPF的空間表示及相應(yīng)的通過濾波囂中心的灰度級剖面圖（所有濾波器都有半徑為5的截止頻率）。注意振鈴情況二階BLPF比較ILPF濾波的結(jié)果：截止頻率點(diǎn)半徑為5,15,30,80和230低通濾波的其它例子：字符識別應(yīng)用(a)低分辨率的文本樣本(b)用GLPF濾波的結(jié)果圖像的銳化圖像銳化的目的是使模糊圖像變得清晰微分法：梯度法和Sobel算子拉普拉斯運(yùn)算高通濾波梯度法梯度的定義：梯度的方向在函數(shù)最大變化率的方向上。梯度的幅度