光電信息第3章6圖像增強42(050829)課件

1、Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Evaluation only.基于光電信息的計算機視覺技術(shù)3.1 計算機視覺的概述 3.2 光電信息處理基礎(chǔ) 3.3 數(shù)字圖像技術(shù)3.4 數(shù)字圖像處理技術(shù) 3.5 距離圖像獲取與處理 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004

2、-2011 Aspose Pty Ltd.基于光電信息的計算機視覺技術(shù)3.1 計算機視覺的概述 Eva圖像分析技術(shù)分類的三種基本范疇低級處理：圖像獲取、預處理，不需要智能中級處理：圖像分割、表示與描述，需要智能高級處理：圖像識別、解釋，缺少理論，為降 低難度，設計得更專用。3.4數(shù)字圖像處理技術(shù)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖像分析技術(shù)分類的三種基本范疇3.4數(shù)字圖像處理技術(shù)Eval知識庫表示與描述

3、預處理分割低級處理高級處理中級處理識別與解釋結(jié)果圖像獲取問題圖像分析系統(tǒng)的構(gòu)成Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.知識庫表示與描述預處理分割低級處理高級處理中級處理識別結(jié)果圖數(shù)字圖像處理技術(shù)3.4.3圖像增強3.4.4圖像分割3.4.5特征提取3.4.6識別與解釋Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5

4、.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.數(shù)字圖像處理技術(shù)3.4.3圖像增強Evaluation on3.4.3圖像增強 圖像增強引言 空域圖像增強 頻域圖像增強Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3.4.3圖像增強 圖像增強引言Evaluat圖像的增強用于調(diào)整圖像的對比度，突出圖像中的重要細節(jié)，改善視覺質(zhì)量

5、。通常采用灰度直方圖修改技術(shù)進行圖像增強。 圖像增強的定義圖像增強的空域法圖像增強的頻域法 圖像增強引言Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖像的增強用于調(diào)整圖像的對比度，突出圖像中的重要細節(jié)，改善視圖像增強技術(shù)的主要目標是，通過對圖像的處理，使圖像比處理前更適合一個特定的應用預處理可能的應用：顯示、打印、印刷、識別、分析、創(chuàng)藝等可能的處理策略：空域策略、頻域策略圖像增強的定義Evaluat

6、ion only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖像增強技術(shù)的主要目標是，通過對圖像的處理，使圖像比處理前更去除噪音邊緣增強提高對比度增加亮度改善顏色效果改善細微層次通常與改善視覺效果相一致圖像增強的定義-可能的處理Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty

7、 Ltd.去除噪音圖像增強的定義-可能的處理Evaluation on圖像增強舉例Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖像增強舉例Evaluation only.圖像增強舉例2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖像

8、增強舉例2Evaluation only.圖像增強的空域法圖像增強的空域法點運算法灰度級變換尋找一個合適的變換T模板運算法空域過濾器尋找一個合適的模板幾何變換法變形矯正基于色彩的處理Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.圖像增強的空域法圖像增強的空域法Evaluation onl頻域增強的理論基礎(chǔ)頻域增強的處理方法頻域增強與空域增強的關(guān)系圖像增強的頻域法Evaluation only.Created wit

9、h Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.頻域增強的理論基礎(chǔ)圖像增強的頻域法Evaluation on卷積理論被處理圖像f(x,y)變換函數(shù)h(x,y) /*線性、位置無關(guān)操作目標圖像g(x,y)有卷積：g(x,y) = h(x,y) * f(x,y)有等式：G(u,v) = H(u,v)F(u,v)有等式：g(x,y) = F-1H(u,v)F(u,v)空域法-頻域增強的理論基礎(chǔ)Evaluation only.Created with Aspose.Slides

10、 for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.卷積理論空域法-頻域增強的理論基礎(chǔ)Evaluation on圖像變化平緩的部分靠近頻率平面的圓心，這個區(qū)域為低頻區(qū)域。圖像中的邊、噪音、變化陡峻的部分，以放射方向離開頻率平面的圓心，這個區(qū)域為高頻區(qū)域。頻率平面與圖像空域特性的關(guān)系Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd

11、.圖像變化平緩的部分靠近頻率平面的圓心，這個區(qū)域為低頻區(qū)域。頻邊、噪音、變化陡峭部分變化平緩部分uv頻域增強的原理Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.邊、噪音、變化陡峭部分變化平緩部分uv頻域增強的原理Eval變化平緩部分uv頻域增強的原理2邊、噪音、變化陡峭部分Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5

12、.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.變化平緩部分uv頻域增強的原理2邊、噪音、變化陡峭部分Eva對于給定的圖像f(x,y)和目標，計算出它的傅立葉變換F(u,v)選擇一個變換函數(shù)H(u,v) /*并非到空域找計算出目標圖像g(x,y) g(x,y) = F-1H(u,v)F(u,v)頻域增強的處理方法Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.對于給定的圖像f(x,

13、y)和目標，計算出它的傅立葉變換F(u卷積的離散表達式，基本上可以理解為模板運算的數(shù)學表達方式 M-1 N-1g(x,y) = f*h = f(m,n)h(x m, y n) m=0 n=0因此，卷積的沖擊響應h(x,y)，被稱為空域卷積模板，這種稱謂僅在模板相對中心原點是對稱的時，才是成立的頻域增強與空域模板增強的關(guān)系Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.卷積的離散表達式，基本上可以理解為模板運算的數(shù)學表

14、達方式頻域在實踐中，小的空間模板比傅立葉變換用得多得多，因為它們易于實現(xiàn)，操作快捷。對于很多在空域上難以表述清楚的問題，對頻域概念的理解就顯得十分重要。在壓縮中我們會體會到頻域增強與空域增強的關(guān)系2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.在實踐中，小的空間模板比傅立葉變換用得多得多，因為它們易于實 空域圖像增強.1 點運算增強.2 直方圖增強.3 彩色圖

15、像增強.4 空域過濾器Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 空域圖像增強.1 點運算增強E.1 點運算增強點運算灰度級變換增強灰度級變換的應用亮度調(diào)整、對比度拉伸、灰度級切片獲取變換函數(shù)的方法固定函數(shù)、交互樣點插值、直方圖灰度級變換的分析Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 C

16、lient Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd..1 點運算增強點運算灰度級變換增強Eva點運算增強-亮度調(diào)整灰度級變換的應用之一亮度調(diào)整加亮、減暗圖像25512825532255128255218Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強-亮度調(diào)整灰度級變換的應用之一2551282553點運算增強2對比度拉伸灰度級變換的

17、應用之二對比度拉伸提高、降低對比度2551282551420降低對比度255482550218提高對比度P1P2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強2對比度拉伸灰度級變換的應用之二25512825點運算增強3灰度級變換的應用提高對比度通常通過直方圖得到兩個拐點的位置 降低對比度降低對比度一般用于輸出設備的灰度級小于輸入圖像的灰度級的情況，如顯示傅立葉頻譜時Evaluation only.Crea

18、ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強3灰度級變換的應用提高對比度Evaluation點運算增強4灰度級變換的應用通過直方圖得到兩個拐點P1、P2的位置p(rk) nkP1P2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強4灰度級變換的應用通過直方

19、圖得到兩個拐點P1、P點運算增強5-灰度級變換的應用局部提高、局部降低對比度255128255142025548255019621623Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強5-灰度級變換的應用局部提高、局部降低對比度255點運算增強6-灰度級切片灰度級變換的應用之三灰度級切片255482550134176255142255214048Evaluation only.Created with As

20、pose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強6-灰度級切片灰度級變換的應用之三25548255點運算增強-獲取變換函數(shù)的方法 獲取變換函數(shù)的方法之一固定函數(shù)：指數(shù)函數(shù)、正玄函數(shù)、分段直線、對數(shù)函數(shù)，如顯示傅立葉的s=c log(1+|r|)2551420255021623Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011

21、 Aspose Pty Ltd.點運算增強-獲取變換函數(shù)的方法 獲取變換函數(shù)的方法之一255點運算增強獲取變換函數(shù)的方法2 獲取變換函數(shù)的方法之二交互樣點插值用過點的三次樣條插值曲線，獲得變換函數(shù)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強獲取變換函數(shù)的方法2 獲取變換函數(shù)的方法之二Ev點運算增強灰度級變換的分析灰度級變換對圖像層次有負面影響原因：由于變換是在有限個灰度級上進行的，因此會造成層次的減少（

22、見實例）改進：通過輸入較多層次（如28)，保證在圖像上進行灰度級變換后，其輸出保留足夠的層次Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.點運算增強灰度級變換的分析灰度級變換對圖像層次有負面影響E.2 直方圖增強直方圖增強直方圖均衡化直方圖匹配Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .C

23、opyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd..2 直方圖增強直方圖增強Evaluation直方圖均衡化一種自動調(diào)節(jié)圖像對比度質(zhì)量的算法使用的方法：灰度級變換：s = T(r) 基本思想：通過灰度級r的概率密度函數(shù)p(rk )，求出灰度級變換T(r)r正則化到0，1 k k sk = T(rk) = p (rj ) = nj / n j=0 j=0Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose P

24、ty Ltd.直方圖均衡化一種自動調(diào)節(jié)圖像對比度質(zhì)量的算法Evaluati直方圖均衡化的技術(shù)要點公理：直方圖p(rk )，為常數(shù)的圖像對比度最好目標：尋找一個灰度級變換T(r)，使結(jié)果圖像的直方圖p(sk )為一個常數(shù)實現(xiàn)：強制認為累積分布函數(shù)CDF是我們要找的變換函數(shù)T(r)， r s = T (r) = pr(w)dw 0 r 1 0Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化的技術(shù)要點公理：直方

25、圖p(rk )，為常數(shù)的圖像直方圖均衡化的技術(shù)要點2直方圖均衡化的技術(shù)要點：公理：直方圖p(rk )，為常數(shù)的圖像對比度最好p(rk) nkP1P2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化的技術(shù)要點2直方圖均衡化的技術(shù)要點：p(rk) 直方圖均衡化的算法實現(xiàn)累積分布函數(shù)CDF的計算 用累積分布函數(shù)CDF的離散形式來計算 k ksk = T(rk) = p (rj ) = nj / n j=0 j=

26、0算法實現(xiàn)：1) 求出灰度級變換T 2) 用T對圖像進行灰度級變換Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化的算法實現(xiàn)累積分布函數(shù)CDF的計算Evaluat直方圖均衡化舉例直方圖增強舉例： 圖像f(x,y)，寬300，高100像素，偏暗2551000064Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.

27、2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化舉例直方圖增強舉例：2551000064Eval直方圖均衡化舉例-計算變換T T(0) = 1000/3000 * 255 = 85 T(63) = T(62) + 0/3000 = 85T(64) = (1000/3000 + 1000/3000)*255 = 170T(254) = T(253) + 0/30000 = 170T(255) = (1000/3000 + 1000/3000 + 1000/3000)*255 = 255Evaluation only.Created with Aspo

28、se.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化舉例-計算變換TEvaluation only.直方圖均衡化舉例變換函數(shù)得到變換函數(shù)： T(0) = 85.T(63) = 85T(64) = 170.T(254) = 170T(255) = 2551000255085170變換后的圖像和直方圖Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2

29、004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化舉例變換函數(shù)得到變換函數(shù)：1000255085直方圖均衡化-問題圖像最暗處依賴于原圖像0灰階像素的個數(shù)。有偏亮的傾向。矯正：Xo= (Xi-85) / (255-85) * 2551000255085170Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化-問題圖像最暗處依賴于原圖像0灰階像素的個數(shù)。有直方圖均衡化-矯正后變換函數(shù)矯正后變換函數(shù)為T

30、(0) = 0.T(63) = 0T(64) = 128.T(254) = 128T(255) = 25510002550128Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化-矯正后變換函數(shù)矯正后變換函數(shù)為10002550直方圖均衡化-矯正前后的比較矯正前后的比較1000255012810002550851702551000064Evaluation only.Created with Aspose.S

31、lides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化-矯正前后的比較矯正前后的比較100025501直方圖均衡化的物理解釋1）直方圖均衡化，不改變灰度出現(xiàn)的次數(shù)（因為那樣會改變圖像的信息結(jié)構(gòu)），所改變的是出現(xiàn)次數(shù)所對應的灰度級。 kT(rk) = nj/n /*矯正后非零像素數(shù)同前 j=02）直方圖均衡化，力圖使等長區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的像素數(shù)接近相等。（見上例）Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Pr

32、ofile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖均衡化的物理解釋1）直方圖均衡化，不改變灰度出現(xiàn)的次數(shù)直方圖匹配算法來源背景算法來源背景：直方圖均衡化的缺陷：不能用于交互方式的圖像增強應用，因為直方圖均衡化只能產(chǎn)生唯一一個結(jié)果，恒定值直方圖近似。希望通過一個指定的函數(shù)（如高斯函數(shù)）或用交互圖形產(chǎn)生一個特定的直方圖。根據(jù)這個直方圖確定一個灰度級變換T(r),使由T產(chǎn)生的新圖像的直方圖符合指定的直方圖。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile

33、.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖匹配算法來源背景算法來源背景：Evaluation o直方圖匹配算法思想算法思想：設：rk是原圖像的灰度級,zk是符合指定直方圖結(jié)果圖像的灰度級我們的目標是：找到一個灰度級變換H,有：z = H(r)Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖匹配算法思想算法思想：Evaluation only.直方圖匹配算法思想2

34、算法思想：1)對rk、zk分別做直方圖均衡化s = T (r) =0 pr(w) dw 0 r 1v = G (z) =0 pz(w) dw 0 z 12) 求G變換的逆變換 z = G-1 (v) Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖匹配算法思想2算法思想：Evaluation only直方圖增強直方圖匹配4算法思想：3)根據(jù)均衡化的概念，s, v都是常量 用 s替代v有z = G-1 (s) 4

35、) 求G-1和T的符合變換，有： z = G-1 (T(r) = G-1T(r) H = G-1TEvaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖增強直方圖匹配4算法思想：Evaluation on直方圖匹配算法實現(xiàn)算法實現(xiàn)：1）求出灰度級變換T 2）求出灰度級變換G,同時求出逆變換G-13）通過T和G-1求出復合變換H4）用H對圖像做灰度級變換Evaluation only.Created with Aspo

36、se.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.直方圖匹配算法實現(xiàn)算法實現(xiàn)：Evaluation only.彩色圖像增強在RGB模型上增強在HSI模型上增強.3 彩色圖像增強Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.彩色圖像增強.3 彩色圖像增強Evaluati彩色圖像增

37、強2Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.彩色圖像增強2Evaluation only.與色彩平衡相關(guān)的幾個定義灰平衡：使RGB彩色設備的彩色分量混合后，顏色失去色調(diào)和飽和度產(chǎn)生灰色，這種顏色混合效果被稱為灰平衡，一般情況下，等量的RGB產(chǎn)生灰色。色彩平衡：糾正偏色的過程叫作色彩平衡。 色彩平衡的實現(xiàn)，是通過調(diào)整灰平衡，使偏色區(qū)域，恢復成灰色來達到的。彩色圖像增強幾個定義Evaluation only.Cr

38、eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.與色彩平衡相關(guān)的幾個定義彩色圖像增強幾個定義Evaluat1）檢查圖像的灰平衡情況，即檢查在現(xiàn)實中應該是灰色的物體，在圖像中是否是灰色例如：某黑色區(qū)域的平均取值是：R = 0 ， G = 12， B = 7 說明有青色色偏。2) 檢查高飽和度的顏色是否正常，即檢查在現(xiàn)實中應該是純色的物體，在圖像中是否有偏色如何判斷彩色圖像的偏色Evaluation only.Created with Aspose.Sli

39、des for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.1）檢查圖像的灰平衡情況，即檢查在現(xiàn)實中應該是灰色的物體，在選擇兩個顏色分量(如GB)，去匹配第三個(如R)（1）在圖像中選取兩個淺灰或深灰區(qū)域（這 些區(qū)域也許已經(jīng)不是灰色）（2）計算這兩個域的RGB平均值，獲得 兩個顏色分量的線性變換（3）將逆變換作用在圖像的兩個分量上，得 到平衡后的新圖像彩色平衡實現(xiàn)的算法Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profil

40、e .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.選擇兩個顏色分量(如GB)，去匹配第三個(如R)彩色平衡實現(xiàn)設：在圖像中選取兩個淺灰或深灰區(qū)域，并計算這兩個域的RGB平均值，得：R1 = 25 ；G1 = 31；B1 = 37 R2 = 75 ；G2 = 79； B2 = 77 調(diào)整G、B去匹配R。從而有線性變換G: 31(25); 79(75) B: 37(25); 77(75)彩色平衡實現(xiàn)的算法舉例Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0

41、.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.設：在圖像中選取兩個淺灰或深灰區(qū)域，并計算這兩個域的RGB平255312550255772557579075253725G的逆變換B的逆變換彩色平衡實現(xiàn)的算法舉例Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.255312550255772557579075253725彩色圖像增強：在HSI模型上增強在HSI模型上增強通過色調(diào)進行處理通過亮度進行處理通過顏色飽和度進行處理Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile .Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.彩色圖像增強：在HSI模型上增強在HSI模型上增強Evalu基本思想將圖像轉(zhuǎn)換到HSI色空間對指定色調(diào)值H進行調(diào)整，H = H +/- h主要應用改變圖像的氣