專業(yè)課件第6章圖像增強(qiáng)

2022/12/271印刷圖像處理2022/12/272復(fù)習(xí)：1.采用冪次變換進(jìn)行灰度變換時(shí)，當(dāng)冪次取大于1時(shí)，該變換是針對(duì)如下哪一類圖像進(jìn)行增強(qiáng)。A.圖像整體偏暗B.圖像整體偏亮

C.圖像細(xì)節(jié)淹沒(méi)在暗背景中

D.圖像同時(shí)存在過(guò)亮和過(guò)暗背景2.圖像灰度方差說(shuō)明了圖像哪一個(gè)屬性。A.平均灰度B.圖像對(duì)比度

C.圖像整體亮度D.圖像細(xì)節(jié)3.圖象與灰度直方圖間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是__A.一一對(duì)應(yīng)B.多對(duì)一C.一對(duì)多D.都不2022/12/2734.對(duì)一幅100*100像元的圖象，若每像元用8bit表示其灰度值，經(jīng)霍夫曼編碼后壓縮圖象的數(shù)據(jù)量為20000bit，則圖象的壓縮比為

。

A.2:1

B.3:1C.4:1

D.1:25.偽彩色處理和假彩色處理是兩種不同的色彩增強(qiáng)處理方法，下面屬于偽彩色增強(qiáng)處理的是。A.將景象中的藍(lán)天邊為紅色，綠草變?yōu)樗{(lán)色B.用自然色復(fù)制多光譜的景象。C.將灰度圖經(jīng)頻域高通/低通后的信號(hào)分別送入紅/藍(lán)顏色顯示控制通道D.將紅、綠、藍(lán)彩色信號(hào)分別送入藍(lán)、紅、綠顏色顯示控制通道2022/12/2746.色彩校正是一種點(diǎn)處理技術(shù)，它不能

。A.改變圖像對(duì)比度B.改變圖像空間分辨率

C.改變圖像顏色平衡 D.改變圖像層次關(guān)系7.圖像放大后沒(méi)有馬賽克，但有細(xì)節(jié)退化邊緣模糊的插值算法的是。A.最近鄰域法B.雙線性插值法C.雙立方插值法D.基于邊緣插值法8.對(duì)數(shù)變換

了輸入圖像的低灰度區(qū)域（暗調(diào)），

了高灰度（高光）區(qū)域；A.擴(kuò)展、壓縮B.壓縮、擴(kuò)展C.擴(kuò)展、擴(kuò)展D.壓縮、壓縮2022/12/275第六章圖像增強(qiáng)圖像的增強(qiáng)技術(shù)空間域頻率域直方圖處理算術(shù)/邏輯計(jì)算處理平滑濾波器銳化濾波器同態(tài)濾波器卷積運(yùn)算一、空間域圖像增強(qiáng)1.空間濾波基礎(chǔ)圖像原點(diǎn)h(-1,-1)h(-1,-0)h(-1,1)h(0,-1)h(0,0)h(0,1)h(1,-1)h(1,0)h(1,1)模板(卷積核)系數(shù)給出了坐標(biāo)軸f(x-1,y-1)f(x-1,y)f(x-1,y+1)f(x,y-1)f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y-1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)模板下的圖像像素圖像f(x,y)卷積核x=0,1…M-1y=0,1…N-1空間域：離散的卷積運(yùn)算

g(x,y)=f(x,y)⊙h(x,y)傅里葉變換FFTG(u,v)=F(u,v)H(u,v)頻率域：空間域和頻率域之間的關(guān)系：（卷積定理）f(x,y)⊙h(x,y)F(u,v)H(u,v)或f(x,y)h(x,y)F(u,v)⊙H(u,v)

R為卷積處理后得到的響應(yīng):2022/12/2782.平滑處理平滑處理的目的：去除圖像中的噪聲；觀察低頻成分；副作用是造成圖像一定程度的模糊；①噪聲:妨礙感覺(jué)器官對(duì)所接收的信源信息理解的因素◎圖像噪聲的來(lái)源：◎數(shù)字化設(shè)備電子器件固有的噪聲◎光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲◎掃描設(shè)備光源不穩(wěn)定的噪聲◎膠片和相紙的顆粒噪聲◎光學(xué)系統(tǒng)的噪聲◎原稿表面反射不均勻◎量化過(guò)程產(chǎn)生的誤差根據(jù)噪聲和信號(hào)的關(guān)系:◎加性噪聲——與圖像信號(hào)無(wú)關(guān)◎乘性噪聲——與圖像信號(hào)有關(guān)根據(jù)噪聲服從的分布:◎高斯噪聲◎泊松噪聲◎顆粒噪聲椒鹽噪聲是——脈沖噪聲，以黑白點(diǎn)隨機(jī)疊加在圖像上2022/12/2711②濾波（filtration)——局部預(yù)處理使用輸入圖像中一個(gè)像素的小鄰域來(lái)產(chǎn)生輸出圖像中新的像素值的處理方式。（卷積運(yùn)算）濾波器（濾波器傳遞函數(shù)）：

抑制某些頻率信號(hào)空間濾波器頻率域?yàn)V波器濾波器低通濾波器高通濾波器線性的非線性的高頻：短距離內(nèi)像素值急劇變化的信號(hào)低頻：在一定距離像素值變化緩慢的信號(hào)◎低通空間濾波器

保留圖像低頻成分，減少高頻成分的處理方式；可減低圖像中的視覺(jué)噪聲；◎高通空間濾波器

衰減圖像低頻成分，強(qiáng)調(diào)其高頻成分的處理方式；可達(dá)到圖像銳化目的；原圖像低通濾波后的圖像黑色高頻分量被過(guò)濾掉高通濾波后的圖像白色低頻分量被過(guò)濾（行、列）p1p2p3p4p5p6p7p8p9╳k1k2k3k4k5k6k7k8k93╳3鄰域像素3╳3卷積核（k1?p1)+（k2?p2)+（k3?p3)+（k4?p4)+（k5?p5)+（k6?p6)+（k7?p7)+（k8?p8)+（k9?p9)+P5的新值輸入圖像輸出圖像（行、列）卷積核（平滑處理的計(jì)算）2022/12/2715◎均值濾波器④線性空間濾波器③平滑處理實(shí)現(xiàn)的方法——低通空間濾波器設(shè)圖像中有用的信號(hào)為{g(i,j)},隨機(jī)躁聲信號(hào)為{η(i,j)},則圖像某一像素為：構(gòu)造n×n的均值（1）卷積核Ω：（取包含n×n個(gè)圖像像素的子集作為濾波器）卷積運(yùn)算后：躁聲信號(hào)的方差降低為原來(lái)的采用3X3的濾波子集進(jìn)行均值濾波后的圖像采用5X5的濾波子集進(jìn)行均值濾波后的圖像◎均值濾波平滑效果與所選用的模板大小有關(guān)，模板尺寸越大，則圖像的模糊程度越大◎?qū)Ω咚乖肼暤钠交Ч容^好◎加權(quán)濾波器——改善平滑的副作用提高中心像素的作用——加權(quán)設(shè)加權(quán)算子為{k(i.j)}111111111圖像某一鄰域均值濾波器121242121加權(quán)濾波器采用5X5的濾波器進(jìn)行均值濾波后的圖像采用5X5的加權(quán)濾波器進(jìn)行濾波后的圖像均值濾波器處理后的圖像較模糊，加權(quán)濾波算子能夠減小平滑處理過(guò)程中的模糊。⑤統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器——中值濾波器將鄰域內(nèi)的像素按灰度級(jí)排序，取某排序結(jié)果的值(中間值)為輸出像素。中值濾波的效果依賴于兩個(gè)因素：◎鄰域的空間范圍◎中值計(jì)算中涉及的像素?cái)?shù)特點(diǎn)：使擁有不同灰度的點(diǎn)看起來(lái)更接近于它的鄰域值。去除相對(duì)于其鄰域像素更暗或更亮的孤立的躁聲點(diǎn)。該濾波器主要去除脈沖噪聲（椒鹽噪聲）；該躁聲使以黑白點(diǎn)隨機(jī)疊加在圖像上。且造成的模糊程度比線性濾波要低；2022/12/2723圖像的銳化處理主要用于增強(qiáng)圖像的邊緣及灰度跳變部分；即突出圖像中的細(xì)節(jié)或者增強(qiáng)被模糊的細(xì)節(jié)。3.銳化技術(shù)增強(qiáng)圖像中高頻成分彩色復(fù)制過(guò)程中影響圖像清晰度的主要因素◎掃描過(guò)程；◎反差壓縮；◎圖像網(wǎng)點(diǎn)化；◎印刷材料；◎人眼的視覺(jué)心理反映特點(diǎn)；圖像銳化的方法：

◎微分法

◎高通濾波法銳化圖像的目的：◎提取圖像特征參數(shù)；◎強(qiáng)調(diào)圖像的邊緣特征；①梯度法圖像銳化技術(shù)一階微分性質(zhì):在灰度不變(平坦處)的區(qū)域微分值為零;在灰度階梯或斜坡的起始處微分值非零;沿著斜坡面微分值非零;一階微分處理——對(duì)灰度階梯有較強(qiáng)的響應(yīng)◎梯度計(jì)算設(shè)函數(shù)f(x,y),其坐標(biāo)(x,y)上的梯度表示為：特點(diǎn)：矢量梯度是指向f(x,y)最大增加率的方向向量的模為梯度方向上每單位距離f(x,y)的最大變化率◎數(shù)字圖像的梯度計(jì)算f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)向后差分求梯度模僅計(jì)算相鄰像素的灰度差，對(duì)噪聲比較敏感，無(wú)法抑止噪聲的影響f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)Roberts梯度算子對(duì)噪聲敏感，圖像處理后結(jié)果邊緣不是很平滑-10010-110對(duì)應(yīng)的模版注意:最后一行和一列的像素梯度值由前一行和列替代結(jié)論:梯度值的大小與相鄰像素的灰度差值成正比在圖像中表現(xiàn)為：◎圖像輪廓——梯度值較大◎灰度變換相對(duì)平緩——梯度值較小◎等灰度區(qū)域——梯度值為零f(x-1,y-1)f(x-1,y)f(x-1,y+1)f(x,y-1)f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y-1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)Prewitt梯度算子0-110-110-11-1-1-1000111在檢測(cè)邊緣的同時(shí)，能抑止噪聲的影響2022/12/2731Sobel梯度算子f(x-1,y-1)f(x-1,y)f(x-1,y+1)f(x,y-1)f(x,y)f(x,y+1)f(x+1,y-1)f(x+1,y)f(x+1,y+1)0-110-220-11-2-1-1000211對(duì)應(yīng)的模版采用加權(quán)方法計(jì)算差分,能進(jìn)一步抑止噪聲實(shí)現(xiàn)平滑，但檢測(cè)的邊緣較寬2022/12/2732Sobel梯度算子的使用與分析直接計(jì)算y、x可以檢測(cè)到邊的存在，以及從暗到亮，從亮到暗的變化；僅計(jì)算|x|，產(chǎn)生最強(qiáng)的響應(yīng)是正交于x軸的邊；|y|則是正交于y軸的邊；

由于微分增強(qiáng)了噪音，平滑效果是Sobel 算子特別引人注意的特性3366612121212666121212126661212121266612121212666666666666666666666原圖像00120000001200000012000000612121212000000000000000000000Roberts算法3466612121212666121212126661212121266612121212666666666666666666666原圖像00242400000242400000242400000243624242400122424242400000000000000Sobel算法35兩種算法之間存在差異，Roberts提取的邊界為邊緣處的一邊，Sobel算法則提取了邊緣處的雙邊，即兩個(gè)像元的寬度。因此，在處理一個(gè)或兩個(gè)像元寬度的線性目標(biāo)時(shí)，要根據(jù)具體情況選擇處理方法。根據(jù)以上的各種算法求出各個(gè)像元的梯度值后，可以根據(jù)不同的需求生成不同的梯度圖像，方法有：以梯度模代替灰度僅顯示灰度變化比較大的邊緣輪廓灰度變化均勻的區(qū)域呈黑色閾值法（在上述基礎(chǔ)上）明顯的邊緣輪廓突出灰度變化均勻的區(qū)域得到保護(hù)◎梯度法圖像銳化背景不變法——高反差保留明顯的邊緣輪廓為以固定灰度級(jí)灰度變化均勻的區(qū)域不變背景固定灰度法特點(diǎn)：灰度變化均勻的區(qū)域以固定灰度級(jí)二值圖像法特點(diǎn)：主要研究明顯的邊緣輪廓②拉普拉斯算子——二階微分拉普拉斯算子對(duì)應(yīng)的模板四鄰點(diǎn)的拉普拉斯算子八鄰點(diǎn)的拉普拉斯算子00-1000-12-10-1-2162-10-1-2-1000-100拉普拉斯算子的分析優(yōu)點(diǎn)各向同性（旋轉(zhuǎn)不變性）運(yùn)算；與對(duì)象邊緣的走向無(wú)關(guān)，能滿足不同走向的輪廓銳化的要求；對(duì)細(xì)節(jié)有較強(qiáng)的響應(yīng)，如細(xì)線和孤立點(diǎn)；缺點(diǎn)對(duì)噪音的敏感，對(duì)噪聲有雙倍加強(qiáng)作用；不能檢測(cè)出邊的方向；常產(chǎn)生雙像素的邊緣由于梯度算子和Laplace算子都對(duì)噪聲敏感，因此一般在用它們檢測(cè)邊緣前要先對(duì)圖像進(jìn)行平滑2022/12/2743③USM銳化—鈍蒙版法:調(diào)整圖像邊緣細(xì)節(jié)的對(duì)比度

通過(guò)聚焦的正像和散焦的負(fù)像在底板上疊加提高底片的清晰度，其中散焦的負(fù)像相當(dāng)于一個(gè)模糊蒙版g(i,j)：原圖像,：平滑圖像,由g(i,j)經(jīng)低通濾波得到k:是用來(lái)控制高頻增強(qiáng)強(qiáng)度的常數(shù)圖像的高頻分量將它加權(quán)后與原圖像相加可增強(qiáng)圖像的高頻分量，使圖像輪廓清晰2022/12/2744特點(diǎn)：疊加模糊蒙版去除圖像中的模糊成分；增強(qiáng)圖像的高頻成分使圖像輪廓清晰；改善了由于模式轉(zhuǎn)換造成的邊緣的不協(xié)調(diào)性銳化整體銳化局部銳化FilterSharpenUnsharpenMaskAmount：數(shù)量選項(xiàng)控制銳化效果的強(qiáng)度，它決定了鄰近像素對(duì)其他像素影響的程度。<250與圖像尺寸、質(zhì)量有關(guān)Radius：

半徑選項(xiàng)決定了USM銳化在加強(qiáng)相對(duì)對(duì)比度時(shí)的作用范圍,該參數(shù)的典型設(shè)置在０—２之間Threshold：

決定了模板能夠作用的范圍,即只有大于給定閾值的像素，才會(huì)有USM銳化效果。值越大，清晰度強(qiáng)調(diào)的作用越不明顯。該參數(shù)設(shè)置為3時(shí),效果最顯著,而為20時(shí),效果最不明顯。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,為了強(qiáng)調(diào)銳化效果,常將該值設(shè)為0。有毛發(fā)動(dòng)物——靜物——風(fēng)景圖——人物稿強(qiáng)弱2022/12/2746Amount=200R=2T=6◎局部的USM銳化

Amount=150R=1.0T=2局部的銳化點(diǎn)——視覺(jué)突起點(diǎn)Amount=146R=0.6T=2注意：銳化的程度與圖像尺寸有關(guān)尺寸越大，銳化數(shù)值越大與原圖像質(zhì)量有關(guān)質(zhì)量差，銳化數(shù)值不易過(guò)大為避免龜紋再現(xiàn)銳化程度不能大，分通道銳化——Y版不做銳化◎常用的USM銳化參數(shù)風(fēng)光建筑：數(shù)量：200%；半徑：1～1.5；閾值：10～20；花草人像：數(shù)量：150%～200，半徑：1，閾值：3～５；有毛發(fā)的動(dòng)物：數(shù)量：250～300%；半徑：1.5～２；閾值：0～２。Amount=200R=1.6T=6Amount=260R=2T=2原圖分辨率：300DPI2022/12/2751二、頻率域圖像增強(qiáng)對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換，然后對(duì)變換后的頻率域圖像的頻譜進(jìn)行修改，以達(dá)到增強(qiáng)的目的◎低通濾波器——平滑

保留圖像低頻成分，減少高頻成分的處理方式；可減低圖像中的視覺(jué)噪聲；◎高通濾波器——銳化

衰減圖像低頻成分，強(qiáng)調(diào)其高頻成分的處理方式；可達(dá)到圖像銳化目的；低通濾波高通濾波2022/12/27531.低通濾波——平滑①理想低通濾波器(ILPF)其中：濾波的效果不好，原因在于有用的高頻分量被過(guò)濾后，圖像變得模糊，會(huì)產(chǎn)生所謂的“振鈴”效應(yīng)。理想低通濾波器作用D0半徑內(nèi)的頻率分量無(wú)損通過(guò)，圓外的頻率分量會(huì)被濾除若濾除的高頻分量中含有大量的邊緣信息，會(huì)發(fā)生圖像邊緣模糊現(xiàn)象。2022/12/2755D0=5D0=15D0=30D0=80D0=230原圖2022/12/2756②巴特沃斯低通濾波器

n為濾波器的階數(shù)（正整數(shù)），控制轉(zhuǎn)移曲線的形狀

變換函數(shù)在通帶與被濾除的頻率之間沒(méi)有明顯的截?cái)?022/12/2757D0=5原圖n=2D0=15D0=30D0=80D0=230巴特沃斯低通濾波器的特性曲線較平滑，變換后圖像的模糊程度比理想低通濾波器得到的結(jié)果低。并無(wú)振鈴效應(yīng)，圖像被模糊程度很輕，噪聲被消除程度較好2022/12/2758③高斯低通濾波器2022/12/2759D0=5原圖D0=15D0=30D0=80D0=230平滑后的圖像沒(méi)有振鈴現(xiàn)象,與BLPF相比，衰減更快，經(jīng)過(guò)GLPF濾波的圖像比BLPF處理的圖象更模糊一些2022/12