數(shù)字圖像處理第6章1PPT課件

1、圖像噪聲圖像噪聲 圖像增強是數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容之一，其目的是根據(jù)應(yīng)用需要突出圖像中的某些“有用”信息，削弱或去除不需要的信息，以達到擴大圖像中不同物體特征之間的差別。 圖像增強算法并不能增加原始圖像的信息，而是通過某種技術(shù)手段有選擇地突出對某一具體應(yīng)用有價值的信息。 第1頁/共95頁 對于數(shù)字圖像處理而言，噪聲是指圖像中的非本源信息。因此，噪聲會影響人的感官對所接收的信源信息的準(zhǔn)確理解。 第2頁/共95頁1. 圖像噪聲的產(chǎn)生圖像噪聲的產(chǎn)生 在圖像形成過程中，圖像數(shù)字化設(shè)備、電氣系統(tǒng)和外界影響將使得圖像噪聲的產(chǎn)生不可避免 。第3頁/共95頁2. 圖像噪聲分類圖像噪聲分類 圖像噪聲按其產(chǎn)生的原

2、因可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲。一般情況下，數(shù)字圖像中常見的外部干擾主要包括如下幾種： 設(shè)備元器件及材料本身引起的噪聲。如磁帶、磁盤表面缺陷所產(chǎn)生的噪聲; 系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備電路所引起的噪聲，包括電源系統(tǒng)引入的交流噪聲，偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和箝位電路引起的噪聲等; 電器部件機械運動產(chǎn)生的噪聲。如數(shù)字化設(shè)備的各種接頭因抖動引起的電流變化所產(chǎn)生的噪聲，磁頭、磁帶抖動引起的抖動噪聲等; 第4頁/共95頁3. 圖像噪聲特點圖像噪聲特點 疊加性； 分布和大小的不規(guī)則性； 噪聲與圖像之間具有相關(guān)性； 第5頁/共95頁圖像增強方法分類 圖像增強的定義 圖像增強的目的 圖像增強的技術(shù)方法第6頁/共95頁圖像增強的定義按我們的需要突

3、出一幅圖像中的某些“有用”信息，同時削弱另外一些“無用”信息的圖像處理方法。返回第7頁/共95頁圖像增強（突出邊界）第8頁/共95頁圖像增強（消除噪聲）返回第9頁/共95頁圖像增強的目的 通過對圖像的處理，使圖像比處理前更適合一個特定的應(yīng)用。也就是為了某種應(yīng)用目的去改善圖像的質(zhì)量。返回1. 改善圖像的視覺效果。2. 突出圖像的特征，便于計算機處理。第10頁/共95頁圖像增強的技術(shù)方法 主要有空域處理法和頻域處理法（1）空域處理法：直接在圖像所在的二維空間進行處理，即直接對每一像元的灰度值進行處理。（2）頻域處理法：將圖像從空間域變換到頻率域?qū)D像進行處理。第11頁/共95頁空間域圖像增強頻率域

4、灰度變換空域濾波直接灰度變換直方圖修正法圖像的代數(shù)運算直方圖均衡化直方圖規(guī)定化圖像平滑圖像銳化高通濾波低通濾波帶通、帶阻濾波 圖6.1 圖像增強的主要內(nèi)容返回第12頁/共95頁基于灰度變換的圖像增強方法第13頁/共95頁基于空域灰度變換的圖像增強方法 直接灰度變換 基于圖像的直方圖進行灰度變換 對兩個以上的圖像進行代數(shù)運算實現(xiàn)灰度變換返回第14頁/共95頁 直接灰度變換非線性拉伸線性拉伸按比例線性拉伸分段線性拉伸對數(shù)擴展指數(shù)擴展第15頁/共95頁fgabab255218482550第16頁/共95頁第17頁/共95頁第18頁/共95頁灰度動態(tài)范圍較窄觀察直方圖分布第19頁/共95頁對比度拉伸灰

5、度動態(tài)范圍變寬第20頁/共95頁灰度動態(tài)范圍變寬觀察直方圖分布第21頁/共95頁第22頁/共95頁25548255019621623第23頁/共95頁是在整個灰度值范圍內(nèi)按照統(tǒng)一的變換函數(shù)來實現(xiàn)對不同灰度值區(qū)間的擴展與壓縮。常用的有按對數(shù)函數(shù)擴展和按指數(shù)函數(shù)擴展。按對數(shù)函數(shù)變換：低灰度區(qū)擴展，高灰度區(qū)壓縮。第24頁/共95頁按指數(shù)函數(shù)變換：高灰度區(qū)擴展，低灰度區(qū)壓縮。第25頁/共95頁原始圖象第26頁/共95頁非線性灰度變換對數(shù)效應(yīng)第27頁/共95頁返回非線性灰度變換指數(shù)效應(yīng)第28頁/共95頁 基于直方圖的圖像增強方法灰度直方圖：數(shù)字圖像中每一灰度級與它出現(xiàn)的頻率之間的統(tǒng)計，可以理解為描述各個

6、灰度級的像素出現(xiàn)多少的統(tǒng)計圖示。若用橫坐標(biāo)表示灰度級，縱坐標(biāo)表示頻率，就可以看出圖像中灰度的分布情況，例：水泥微觀結(jié)構(gòu)圖與左圖對應(yīng)的直方圖第29頁/共95頁第30頁/共95頁P (r k) r k第31頁/共95頁P (r k) r k第32頁/共95頁P (r k) r k第33頁/共95頁基于灰度直方圖的圖像增強直方圖均衡化直方圖規(guī)定化目的原理及基本算法應(yīng)用舉例目的原理及處理步驟應(yīng)用舉例第34頁/共95頁直方圖均衡化1) 目的 將原始圖像的直方圖變?yōu)榫夥植嫉男问?，即將一已知灰度概率密度分布的圖像，經(jīng)過某種變換，變成一幅具有均勻灰度概率密度分布的新圖像。 圖像均衡化處理后，圖像的直方圖是平

7、直的，即各灰度級具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級具有均勻的概率分布，圖像看起來就更清晰了。 第35頁/共95頁P (r k) r k第36頁/共95頁第37頁/共95頁第38頁/共95頁第39頁/共95頁第40頁/共95頁第41頁/共95頁第42頁/共95頁直方圖均衡化2. 原理 首先假定連續(xù)灰度級的情況，推導(dǎo)直方圖均衡化變換公式，令r 代表灰度級，P ( r ) 為概率密度函數(shù)。r 值已歸一化，最大灰度值為1。第43頁/共95頁第44頁/共95頁第45頁/共95頁第46頁/共95頁第47頁/共95頁rjrj+rsjsj+s第48頁/共95頁)(1)()(000rTsdsdsspdrrprs

8、srdrrprT0) 12()()(第49頁/共95頁)22()()(00kjkjjjkknnrprTs第50頁/共95頁 3.基本步驟: (1) 求出圖像中所包含的灰度級rk,可以定為0L-1,(2) 統(tǒng)計各灰度級的像素數(shù)目nk (k=0,1,2,L-1)(3) 計算圖像直方圖(4) 計算變換函數(shù)：(5) 用變換函數(shù)計算映射后輸出的灰度級Sk(6) 統(tǒng)計映射后新的灰度級Sk的像素數(shù)目nk(7) 計算輸出圖像的直方圖第51頁/共95頁例例例例例例r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 79010238506563292451228

9、1 P (r k ) 0.190.250.210.160.080.060.030.02第52頁/共95頁例例例例例例r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 790102385065632924512281 P (r k ) 0.190.250.210.160.080.060.030.02第53頁/共95頁S k計算計算 0.190.440.650.810.890.950.981.00例例例例例例r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 79010238506563292

10、4512281 P (r k ) 0.190.250.210.160.080.060.030.02第54頁/共95頁S k舍入舍入 1/73/75/76/76/7111(2) (2) 把計算的把計算的s sk k就近安排到就近安排到8 8個個灰度級中?；叶燃壷?。例例例例例例S k計算計算 0.190.440.650.810.890.950.981.00r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 790102385065632924512281 P (r k ) 0.190.250.210.160.080.060.030.02第55頁/

11、共95頁S k nsk 7901023850985448P (s k ) 0.190.250.210.240.11(3) (3) 重新命名重新命名s sk k，歸并相同灰度歸并相同灰度級的像素數(shù)。級的像素數(shù)。例例例例例例S k計算計算 0.190.440.650.810.890.950.981.00r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 790102385065632924512281 P (r k ) 0.190.250.210.160.080.060.030.02S k舍入舍入 1/73/75/76/76/7111第56頁/共

12、95頁均衡化前后直方圖比較例例例例例例第57頁/共95頁第58頁/共95頁第59頁/共95頁第60頁/共95頁第61頁/共95頁第62頁/共95頁第63頁/共95頁原圖像及直方圖均衡后的圖像及直方圖圖像的反差大了，細節(jié)清楚了在直方圖中的表現(xiàn)是直方圖灰度范圍窄且集中在低灰度值區(qū)域?，F(xiàn)在直方圖占據(jù)了整個圖像灰度值的允許范圍，增加了圖像的動態(tài)范圍。原圖較暗且動態(tài)范圍小第64頁/共95頁第65頁/共95頁 (2)用變換函數(shù)計算映射后輸出的灰度級: 原圖像的灰度只有8級, 所以Sk需以1/7為量化單位進行舍入運算。（1/7=0.14 2/7=0.29 3/7=0.43 4/7=0.57 5/7=0.72

13、 6/7=0.86 7/7=1） S0 =0.19 S0 = 1/7 S1 =0.44 S1 =3/7 S2 =0.65 S2 =5/7 S3 =0.81 S3 =6/7 S4=0.89 S4 = 6/7 S5=0.95 S5=1 S6=0.98 S6 = 1 S7=1 S7=1第66頁/共95頁 (3)統(tǒng)計映射后各灰度級的像素數(shù)目n i： 由上舍入結(jié)果可見，均衡化后的灰度級僅有5級，分別是S0 = 1/7 ；S1 =3/7 ；S2 =5/7 ；S3 =6/7 ；S4 = 1 對應(yīng)的像素數(shù)目是 S0 =1/7 n0=790 S1 =3/7 n1=1023 S2 =5/7 n2=850 S3 =

14、6/7 n3+n4=656+329=985 S4 = 1 n5+n6+n7=245+122+81=448第67頁/共95頁 (4)計算輸出圖像的直方圖:第68頁/共95頁 直方圖均衡化技術(shù)的缺點：（1）將原始函數(shù)的累積分布函數(shù)作為變換函數(shù)， 只能產(chǎn)生近似均勻的直方圖。（2）在某些情況下，并不一定需要具有均勻直方 圖的圖像。返回返回第69頁/共95頁(課堂作業(yè))一幅圖像共有8個灰度級，每一灰度級概率分布如下表所示，要求對其進行直方圖均衡化處理，并畫出均衡化后的圖像的直方圖。第70頁/共95頁S kP s (S k ) 1/72/7 3/7 4/7 5/7 6/7010.290.240.170.2

15、10.09第71頁/共95頁直方圖規(guī)定化1.定義 修改一幅圖像的直方圖，使它與另一幅圖像的直方圖匹配或具有一種預(yù)先規(guī)定的函數(shù)形狀。 目標(biāo)：當(dāng)需要具有特定的直方圖的圖像時，可按照預(yù)先設(shè)定的某個形狀人為的調(diào)整圖像的直方圖。第72頁/共95頁第73頁/共95頁第74頁/共95頁2. 直方圖規(guī)定化的原理 P r (r)表示原始圖像的灰度分布概率密度函數(shù)。 P z (z)表示目的圖像的灰度分布概率密度函數(shù)。（1）首先對原始圖像進行直方圖均衡化處理，即求變換函數(shù)： （2）對目標(biāo)圖像也進行直方圖均衡化處理，即：rdwwrTs0)Pr()(zdwwPzzGv0)()(其逆變換是 即由均衡化后的灰度級v得到目標(biāo)

16、函數(shù)的灰度級z)(1vGz第75頁/共95頁)()(11sGvGz即可以由原始圖像均衡化后的灰度值s來求目標(biāo)圖像的灰度級z第76頁/共95頁第77頁/共95頁rrdrrprTs010)()(zzdzzpzGv010)()(第78頁/共95頁第79頁/共95頁S k nsk 7901023850985448P (s k ) 0.190.250.210.240.11S k計算計算 0.190.440.650.810.890.950.981.00r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 790102385065632924512281 P

17、 (r k ) 0.190.250.210.160.080.060.030.02S k舍入舍入 1/73/75/76/76/7111第80頁/共95頁直方圖規(guī)定化處理實例原圖像原圖像的直方圖規(guī)定直方圖輸出圖像輸出圖像的直方圖直方圖中高灰度值一邊更密集由于規(guī)定的直方圖在高灰度區(qū)值較大，所以變換的結(jié)果比均衡化更亮第81頁/共95頁)22()()(00kjkjjjkknnrprTs第82頁/共95頁第83頁/共95頁r kr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1 n k 790102385065632924512281 P (r k ) 0.190.2

18、50.210.160.080.060.030.02 z k z0=0z1=1/7z2=2/7z3=3/7z4=4/7z5=5/7z6=6/7z7=1 Pz(z k) 0.000.000.000.150.200.300.200.15第84頁/共95頁作業(yè)：一幅圖像共有8個灰度級，每一灰度級的概率分布如下表所示，要求對其進行直方圖規(guī)定化處理，規(guī)定化直方圖的數(shù)據(jù)如表所示。(畫出規(guī)定化后的直方圖)第85頁/共95頁第86頁/共95頁1/72/7 3/7 4/7 5/7 6/7010.290.240.170.120.090.060.020.01P r (r k ) rk第87頁/共95頁1/72/7 3/7 4/7 5/7 6/7010.430.270.190.11P z (zk ) zk第88頁/共95頁1/72/7 3/7 4/7