數(shù)字圖象處理清華大學(xué)課件(2).ppt

1、第4章 空域增強(qiáng)技術(shù) 4.1空域技術(shù)分類4.2象素間運(yùn)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(qiáng)章毓晉 (TH-EE-IE)圖象增強(qiáng)目標(biāo)：改善圖象質(zhì)量/改善視覺效果標(biāo)準(zhǔn)：相當(dāng)主觀，因人而異 沒有完全通用的標(biāo)準(zhǔn) 可以有一些相對一致的準(zhǔn)則技術(shù)：“好”，“有用”的含義不相同 具體增強(qiáng)技術(shù)也可以大不相同第4章 空域增強(qiáng)技術(shù) 章毓晉 (TH-EE-IE)4.1空域技術(shù)分類空域：指由象素組成的空間 空域增強(qiáng)： 點(diǎn)操作：灰度點(diǎn)操作幾何操作章毓晉 (TH-EE-IE)4.1空域技術(shù)分類點(diǎn)操作：(1) 借助對一系列圖象間的操作進(jìn)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(jìn)行變換模板操作： 章毓晉 (TH-EE-IE)4.2圖象間運(yùn)算 圖象間的運(yùn)算指以圖象為單位進(jìn)行的操作，運(yùn)算的結(jié)果是一幅新圖象 4.2.1 算術(shù)和邏輯運(yùn)算4.2.2 圖象間運(yùn)算的應(yīng)用章毓晉 (TH-EE-IE)4.2.1 算術(shù)和邏輯運(yùn)算1. 算術(shù)運(yùn)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(shù)和邏輯運(yùn)算是逐象素進(jìn)行的，即在兩幅圖象的對應(yīng)（位置）象素間進(jìn)行 章毓晉 (TH-EE-IE)4.2.1 算術(shù)和邏輯運(yùn)算2. 邏輯運(yùn)算(1) 補(bǔ)（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(yùn)算的應(yīng)用1. 圖象間加法的應(yīng)用 模型 運(yùn)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(diǎn)操作章毓晉 (TH-EE-IE)1、圖象求反2、 增強(qiáng)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(dá) 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(shè)置一個有 L 個元素的數(shù)組，對原圖的灰度值進(jìn)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)規(guī)定/特定的灰度映射(1) 對原始直方圖進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(qiáng) 效果不易控制 總得

7、到全圖增強(qiáng)的結(jié)果直方圖規(guī)定化： 有選擇地增強(qiáng) 須給定需要的直方圖 可特定增強(qiáng)的結(jié)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(guān)系進(jìn)行增強(qiáng)的方法常稱為濾波 4.5.1 技術(shù)分類和實(shí)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(shù)分類和實(shí)現(xiàn)原理在圖象空間借助模板進(jìn)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(qiáng)被模糊的細(xì)節(jié)章毓晉 (TH-EE-IE)濾波器實(shí)現(xiàn) 鄰域運(yùn)算：4.5.1 技術(shù)分類和實(shí)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(quán)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(xì)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(yīng)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(guān)。首先是模板的尺寸，其次是參與運(yùn)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(diǎn)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(yīng)一階導(dǎo)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(yīng)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(jié)合使用可以銳化模糊的邊緣并讓模糊的目標(biāo)清晰起來迭代實(shí)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(qiáng)全局增強(qiáng) vs. 局部增強(qiáng)局部增強(qiáng)多了一個選擇局部區(qū)域的步驟直接利用局部信息以達(dá)到局部增強(qiáng)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