數(shù)字圖象處理清華大學課件(2).ppt

1、第4章 空域增強技術 4.1空域技術分類4.2象素間運算4.3直接灰度映射4.4 直方圖變換4.5線性濾波4.6 非線性濾波4.7 局部增強章毓晉 (TH-EE-IE)圖象增強目標：改善圖象質(zhì)量/改善視覺效果標準：相當主觀，因人而異 沒有完全通用的標準 可以有一些相對一致的準則技術：“好”，“有用”的含義不相同 具體增強技術也可以大不相同第4章 空域增強技術 章毓晉 (TH-EE-IE)4.1空域技術分類空域：指由象素組成的空間 空域增強： 點操作：灰度點操作幾何操作章毓晉 (TH-EE-IE)4.1空域技術分類點操作：(1) 借助對一系列圖象間的操作進行變換(2) 將f ()中的每個象素按E

2、H操作直接變換以得到g()；(3) 借助f ()的直方圖進行變換模板操作： 章毓晉 (TH-EE-IE)4.2圖象間運算 圖象間的運算指以圖象為單位進行的操作，運算的結果是一幅新圖象 4.2.1 算術和邏輯運算4.2.2 圖象間運算的應用章毓晉 (TH-EE-IE)4.2.1 算術和邏輯運算1. 算術運算(1) 加法：記為p + q(2) 減法：記為p q(3) 乘法：記為p q(4) 除法：記為pq 對整幅圖象的算術和邏輯運算是逐象素進行的，即在兩幅圖象的對應（位置）象素間進行 章毓晉 (TH-EE-IE)4.2.1 算術和邏輯運算2. 邏輯運算(1) 補（COMPLEMENT）：記為NOT

3、 q(2) 與（AND）：記為p AND q (3) 或（OR）：記為p OR q(4) 異或（XOR）：記為p XOR q圖4.2.1，圖4.2.2 章毓晉 (TH-EE-IE)4.2.2 圖象間運算的應用1. 圖象間加法的應用 模型 運算 均值 方差章毓晉 (TH-EE-IE)4.3直接灰度映射 將 f (x, y)中的每個象素灰度按EH 操作直接變換以得到g(x, y)4.3.1 灰度映射原理 4.3.2 典型灰度映射 章毓晉 (TH-EE-IE)4.3.1 灰度映射原理直接灰度映射是一種點操作章毓晉 (TH-EE-IE)1、圖象求反2、 增強對比度3、動態(tài)范圍壓縮4、灰度切分4.3.2

4、 典型灰度映射章毓晉 (TH-EE-IE)4.4直方圖變換 直方圖是圖象的一種統(tǒng)計表達 直方圖反映了圖中灰度的分布情況4.4.1 直方圖均衡化 4.4.2 直方圖規(guī)定化 章毓晉 (TH-EE-IE)灰度統(tǒng)計直方圖1-D的離散函數(shù)提供了圖象象素的灰度值分布情況計算：設置一個有 L 個元素的數(shù)組，對原圖的灰度值進行統(tǒng)計4.4.1 直方圖均衡化章毓晉 (TH-EE-IE)直方圖均衡化借助直方圖變換實現(xiàn)（歸一的）灰度映射均衡化（線性化）基本思想變換原始圖象的直方圖為均勻分布 = 大動態(tài)范圍使象素灰度值的動態(tài)范圍最大 = 增強圖象整體對比度（反差）4.4.1 直方圖均衡化章毓晉 (TH-EE-IE)歸一

5、化直方圖增強函數(shù)(1) EH(s)： 單值單增函數(shù)，各灰度級在變換后仍保持排列次序(2) 變換前后灰度值動態(tài)范圍一致4.4.1 直方圖均衡化章毓晉 (TH-EE-IE)（歸一化）累積直方圖(1)tk 是 k 的單值單增函數(shù) (2)灰度取值范圍一致，0 tk 1 (3)將s的分布轉(zhuǎn)換為t 的均勻分布 4.4.1 直方圖均衡化表4.4.1章毓晉 (TH-EE-IE)4.4.1 直方圖均衡化章毓晉 (TH-EE-IE)借助直方圖變換實現(xiàn)規(guī)定/特定的灰度映射(1) 對原始直方圖進行灰度均衡化(2) 規(guī)定需要的直方圖，計算能使規(guī)定直方圖均衡化的變換(3) 將原始直方圖對應映射到規(guī)定直方圖4.4.2 直方

6、圖規(guī)定化三個步驟章毓晉 (TH-EE-IE)兩種映射/對應規(guī)則(1) 單映射規(guī)則(2) 組映射規(guī)則（I(l)：整數(shù)函數(shù)）4.4.2 直方圖規(guī)定化表4.4.2章毓晉 (TH-EE-IE)4.4.2 直方圖規(guī)定化章毓晉 (TH-EE-IE)映射誤差對應映射間數(shù)值的差值（取絕對值）的和單映射規(guī)則：最大誤差 pu(uj) / 2組映射規(guī)則：最大誤差 ps(si) / 2N M，ps(si) / 2 pu(uj) / 2單映射規(guī)則：有偏的映射規(guī)則組映射規(guī)則：統(tǒng)計無偏的映射規(guī)則4.4.2 直方圖規(guī)定化章毓晉 (TH-EE-IE)直方圖規(guī)定化 vs. 直方圖均衡化直方圖均衡化： 自動增強 效果不易控制 總得

7、到全圖增強的結果直方圖規(guī)定化： 有選擇地增強 須給定需要的直方圖 可特定增強的結果4.4.2 直方圖規(guī)定化章毓晉 (TH-EE-IE)4.5線性濾波利用象素本身以及其鄰域象素的灰度關系進行增強的方法常稱為濾波 4.5.1 技術分類和實現(xiàn)原理模板卷積，鄰域操作4.5.2 線性平滑濾波器 減弱或消除圖象中的噪聲 章毓晉 (TH-EE-IE)4.5.1 技術分類和實現(xiàn)原理在圖象空間借助模板進行鄰域操作分類1：(1)線性：如鄰域平均 (2)非線性：如中值濾波分類2： (1)平滑：模糊，消除噪聲(2)銳化：增強被模糊的細節(jié)章毓晉 (TH-EE-IE)濾波器實現(xiàn) 鄰域運算：4.5.1 技術分類和實現(xiàn)原理章

8、毓晉 (TH-EE-IE)1、鄰域平均系數(shù)都是正的保持灰度值范圍（所有系數(shù)之和為1）例：3 3 模板4.5.2 線性平滑濾波器圖4.5.2章毓晉 (TH-EE-IE)2、加權平均中心系數(shù)大周圍系數(shù)小4.5.2 線性平滑濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)4.6 非線性濾波邏輯的、幾何的、代數(shù)的非線性濾波器基于集合的、基于形狀的、基于排序的 4.6.1 非線性平滑濾波器4.6.2 非線性銳化濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)4.6.1 非線性平滑濾波器既消除噪聲又保持細節(jié)（不模糊）中值（median）濾波器(1) 將模板中心與象素位置重合(2) 讀取模板下各對應象素的灰度值(3) 將這些灰度值從小

9、到大排成1列(4) 找出這些值里排在中間的1個(5) 將這個中間值賦給模板中心位置象素圖4.6.1章毓晉 (TH-EE-IE)中值（median）濾波器的模板中值濾波器的消噪聲效果與兩個不同的，但又有聯(lián)系的因素有關。首先是模板的尺寸，其次是參與運算的象素數(shù)圖象中尺寸小于模板尺寸一半的過亮或過暗區(qū)域?qū)跒V波后會被消除掉4.6.1 非線性平滑濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)百分比（percentile）濾波器中值濾波器是一個特例最大值最小值中點濾波器4.6.1 非線性平滑濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)1、非線性銳化濾波器利用微分可以銳化圖象（積分平滑圖象） 梯度：對應一階導數(shù) 最常用的微分

10、矢量（需要用2個模板分別沿 X和 Y 方向計算） 4.6.2 非線性銳化濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)1、非線性銳化濾波器模以2為范數(shù)/模計算（對應歐氏距離） 以1為范數(shù)（城區(qū)距離） 以為范數(shù)（棋盤距離）4.6.2 非線性銳化濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)3、最大-最小銳化變換 將最大值濾波器和最小值濾波器結合使用可以銳化模糊的邊緣并讓模糊的目標清晰起來迭代實現(xiàn)： 4.6.2 非線性銳化濾波器章毓晉 (TH-EE-IE)4.7 局部增強全局增強 vs. 局部增強局部增強多了一個選擇局部區(qū)域的步驟直接利用局部信息以達到局部增強的目的利用每個象素的鄰域內(nèi)象素的均值和方差 局部增益函數(shù) 圖4.7.1章