計(jì)算機(jī)視覺(jué)與應(yīng)用 課件 3.2 圖像變換

3.2圖像變換CONTENTS目錄灰度變換01幾何變換02CONTENTS目錄灰度變換01幾何變換02圖像灰度變換是指通過(guò)某種運(yùn)算實(shí)現(xiàn)圖像灰度的改變，達(dá)到圖像質(zhì)量提升或凸顯圖像中目標(biāo)的目的。圖像灰度變換主要包括線性拉伸、非線性增強(qiáng)、代數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等。代數(shù)運(yùn)算是指兩幅或多幅輸入圖像之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的加、減、乘、除運(yùn)算得到輸出圖像的過(guò)程。代數(shù)運(yùn)算是指兩幅或多幅輸入圖像之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的加、減、乘、除運(yùn)算得到輸出圖像的過(guò)程。如果記輸入圖像為A(x,y)和B(x,y)，輸出圖像為C(x,y)，則有如下四種形式：代數(shù)運(yùn)算基本形式灰度變換加法變換：主要去除圖像”疊加性”圖像噪聲，生成圖像疊加效果，對(duì)于原圖象f(x,y),有一個(gè)噪音圖像集{gi(x,y)},

i=1,2,...M灰度變換圖像加法變換主要應(yīng)用于圖像去噪和圖像疊加等應(yīng)用場(chǎng)景，利用同一景物的多幅圖像取平均值來(lái)消除噪聲，一般選8幅圖像取平均值來(lái)消除噪聲。利用OpenCV實(shí)現(xiàn)圖像去噪的應(yīng)用實(shí)例如圖3-2-1所示?；叶茸儞Q圖像疊加在圖片處理軟件中經(jīng)?？吹絻煞鶊D片的疊加，其原理是在圖像處理過(guò)程中，首先定義感興趣區(qū)域ROI(RegionofInterest)，在獲取ROI后，在ROI區(qū)域中導(dǎo)入一張圖像，然后進(jìn)行圖像疊加操作，這樣就完成了兩幅圖像的疊加，利用OpenCV實(shí)現(xiàn)圖像疊加的實(shí)例如圖3-2-2所示。灰度變換2.減法變換如果記兩幅輸入圖像為A(x,y)和B(x,y)，輸出圖像為C(x,y)，則減法變換的變換形式為：C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)。將同一景物在不同時(shí)間或不同波段拍攝的圖像相減就是圖像的減法運(yùn)算，實(shí)際應(yīng)用中常稱之為差影法。差值圖像提供了圖像間的差值信息，可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤、圖像背景的消除及目標(biāo)識(shí)別等。假設(shè)時(shí)刻1的圖像為T_1(x,y),時(shí)刻2的圖像為T_2(x,y),則這兩幅圖像的差值為：g(x,y)=T_2(x,y)-T_1(x,y)，時(shí)刻1和時(shí)刻2這兩個(gè)時(shí)刻的差值示意圖如圖3-2-3所示?；叶茸儞Q2.減法變換圖像減法主要應(yīng)用于以下應(yīng)用場(chǎng)景：智能監(jiān)控：實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控，對(duì)違法停車、嫌疑人員、非法入侵等的檢測(cè)。衛(wèi)星監(jiān)測(cè)：山體滑坡、洪水、火災(zāi)等自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)等。環(huán)境監(jiān)測(cè)：水體污染、地物覆蓋、城市規(guī)劃等?；叶茸儞Q3.乘法變換如果記兩幅輸入圖像為A(x,y)和B(x,y)，輸出圖像為C(x,y)，則圖像的乘法變換的變換形式為：C(x,y)=A(x,y)×B(x,y)，乘法運(yùn)算可以用來(lái)遮住圖像的某些部分。先定義一個(gè)提取矩陣，大小與圖像矩陣一樣，將感興趣的區(qū)域設(shè)置為1，需要遮住的區(qū)域設(shè)置為0。然后利用圖像的乘法運(yùn)算對(duì)這兩幅圖像做乘法就能獲得所需的部分圖像。利用OpenCV實(shí)現(xiàn)圖像乘法變換的實(shí)例如圖3-2-4所示。主要改變圖像局部顯示實(shí)現(xiàn)圖像的灰度級(jí)轉(zhuǎn)變圖像圖像灰度放大1.2圖像灰度放大2.4灰度變換4.除法變換如果假設(shè)輸入兩幅圖像分別為A(x,y)和B(x,y)，輸出圖像為C(x,y)，則除法變換的變換形式為C(x,y)=A(x,y)/B(x,y)，除法運(yùn)算可用于校正成像設(shè)備的非線性影響，也可以用于圖像差異的檢測(cè)，這種差異的檢測(cè)不同于圖像的減法，該差異更多的體現(xiàn)像素值變化的比率。利用OpenCV實(shí)現(xiàn)圖像除法變換的實(shí)例如圖3-2-5所示。改變圖像的灰度級(jí)，常用于遙感圖像處理中。產(chǎn)生對(duì)顏色和多光譜圖像分析十分重要的比率圖像?；叶茸儞QCONTENTS目錄灰度變換01幾何變換02圖像幾何運(yùn)算主要有改變圖像大小、形狀、位置等幾何屬性等的運(yùn)算。包括圖像重排序、縮放、裁剪和拼接、平移和旋轉(zhuǎn)以及圖像變形等。幾何運(yùn)算與點(diǎn)運(yùn)算不同，它可改變圖像中物體（像素）之間的空間關(guān)系。這種運(yùn)算可以看成將各像素在圖像內(nèi)移動(dòng)的過(guò)程。圖像幾何運(yùn)算是指通過(guò)某種函數(shù)變換x,y=f(u,v)改變圖像像素的幾何空間關(guān)系，具體定義如下：g(x,y)=f(u,v)=f((p(x,y),q(x,y))式中，u=p(x,y)，v=q(x,y)描述了空間變換，即將輸入圖像f(u,v)從坐標(biāo)系u-v變換為x-y坐標(biāo)系的輸出圖像g(x,y)。幾何變換灰度變換改變圖像的值域，不改變圖像的空間幾何關(guān)系幾何變換改變圖像的定義域（空間關(guān)系），不改變圖像的灰度值分布常見(jiàn)的圖像幾何變換主要包括：平移、旋轉(zhuǎn)、相似變換、仿射變換、投影變換平移變換旋轉(zhuǎn)變換相似變換仿射變換投影變換幾何變換1.鏡像圖像鏡像分為水平鏡像、垂直鏡像和對(duì)角鏡像三種。水平鏡像是指將圖像的左右部分以圖像垂直中軸線為中心進(jìn)行鏡像對(duì)換。垂直鏡像是將圖像的上下兩部分以圖像水平中軸線為中心進(jìn)行鏡像對(duì)換。對(duì)角鏡像是將圖像以圖像水平中軸線和垂直中軸線的交點(diǎn)為中心進(jìn)行鏡像對(duì)換，相當(dāng)于將圖像先后進(jìn)行水平鏡像和垂直鏡像。（1）水平鏡像（圖像左右翻轉(zhuǎn)）圖像的水平鏡像是指將指定區(qū)域的圖像以原圖像的垂直中軸線為中心將圖像分為左右兩部分，然后進(jìn)行左右對(duì)稱變化顯示，水平鏡像時(shí)每行圖像像素信息的處理方式是相同的，而且行順序不發(fā)生變化，只是每一行的像素信息順序是從左到右進(jìn)行了顛倒，因此鏡像后圖像的高度不變。若輸入圖像為f(x,y)，變換后的圖像為g(x,y)，則圖像左右翻轉(zhuǎn)后的圖像為：g(x,y)=f(-x,y)，利用OpenCV實(shí)現(xiàn)水平鏡像的實(shí)例如圖3-2-8所示。幾何變換（2）垂直鏡像（圖像上下翻轉(zhuǎn)）若輸入圖像為f(x,y)，變換后的圖像為g(x,y)，則圖像左右翻轉(zhuǎn)后的圖像為：g(x,y)=f(x,-y)，利用OpenCV實(shí)現(xiàn)垂直鏡像的實(shí)例如圖3-2-9所示。幾何變換幾何變換

旋轉(zhuǎn)變換：圖像繞某點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角，其坐標(biāo)變換關(guān)系如下：圖像旋轉(zhuǎn)變換示意圖(00)(00)θ圖像繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角，其坐標(biāo)變換關(guān)系如下：幾何變換圖像繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角，其坐標(biāo)變換關(guān)系如下：寫為矩陣的形式如下：原始圖像旋轉(zhuǎn)45°旋轉(zhuǎn)75°幾何變換仿射變換：圖像平移、旋轉(zhuǎn)、放縮、拉伸等變換的集合。寫為矩陣的形式如下：幾何變換透視變換(PerspectiveTransformation)是仿射變換的一種非線性擴(kuò)展,是將圖像投影到一個(gè)新的視平面(ViewingPlane)，也稱作投影映射(ProjectiveMapping)。透視變換（PerspectiveTransformation）是將二維的圖像投影到一個(gè)三維視平面上，然后再轉(zhuǎn)換到二維坐標(biāo)下，所以也稱為投影映射（ProjectiveMapping）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是從二維→三維→二維的一個(gè)過(guò)程。圖像透視變換的示意圖如圖3-2-16所示。幾何變換假設(shè)原始圖像的像素點(diǎn)為(x_0,y_0),仿射變換后的像素為(X,Y),透視變換可以寫為如下形式：幾何變換透視變換用矩陣表示如下：幾何變換1.相機(jī)傾斜校正依據(jù)相機(jī)參數(shù)及載荷平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝圖像的正射變換。使用透視變換可將照片調(diào)整為想要的效果，具體思路如下：讀入灰度圖像邊緣檢測(cè)定位照片四角位置（四邊形凸包檢測(cè)，配合面積條件確定照片邊緣）根據(jù)當(dāng)前四角位置和期望的四角位置生成透視矩陣對(duì)彩色圖像實(shí)施透視變換。如圖3-2-18所示。應(yīng)用案例2.圖像配準(zhǔn)圖像配準(zhǔn)需是指對(duì)不同條件下得到的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配、疊加的過(guò)程。最簡(jiǎn)單的做法就是求得原圖像到目標(biāo)圖像之間的透視變換矩陣，將原圖像按照矩陣