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1、第三講數(shù)字圖像增強(qiáng)本講內(nèi)容：3.1圖像增強(qiáng)的原因與目的3.2圖像對比度增強(qiáng)3.3平滑與去噪（柔化）3.4銳化3.5Photoshop增強(qiáng)處理實(shí)例演示3.1圖像增強(qiáng)原因與目的目標(biāo):提高圖像質(zhì)量圖像更加清晰圖像增強(qiáng)是為了改善視覺效果或者便于人和機(jī)器對圖像的理解和分析，根據(jù)圖像的特點(diǎn)或存在的問題采取的簡單改善方法或者加強(qiáng)特征的措施稱為圖像增強(qiáng)。問題1：灰度分布不合理沒有充分利用灰度動態(tài)范圍典型場合:曝光不足、曝光過度、對比過于強(qiáng)烈問題2：噪聲干擾原因：強(qiáng)噪聲成像通道問題3：圖像模糊影響圖像細(xì)節(jié)分辨原因：成像通道分辨
2、率不足、景物移動等解決方法：3-2對比度增強(qiáng)?灰度分布不合理3-3圖像平滑?噪聲干擾3-4圖像銳化?圖像模糊灰度映射直方圖修正3-2對比度增強(qiáng)3-2對比度增強(qiáng)——灰度映射灰度映射（變換）可調(diào)整圖像的灰度動態(tài)范圍或圖像對比度，是圖像增強(qiáng)的重要手段之一。1．線性變換令圖像f(i，j)的灰度范圍為[a,b]，線性變換后圖像g(i，j)的范圍為[a′,b′]，如圖。g(i，j)與f(i，j)之間的關(guān)系式為：在曝光不足或過度的情況下，圖像灰度可能會局限在一個很小的范圍內(nèi)。這時在顯示器上看到的將是一個模糊不清、似乎沒有灰
3、度層次的圖像。采用線性變換對圖像每一個像素灰度作線性拉伸，可有效地改善圖像視覺效果。原始圖像直方圖線性變換后圖像直方圖反色變換原始圖像反色變換后圖像2．分段線性變換為了突出感興趣目標(biāo)所在的灰度區(qū)間，相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)間，可采用分段線性變換。通過細(xì)心調(diào)整折線拐點(diǎn)的位置及控制分段直線的斜率，可對任一灰度區(qū)間進(jìn)行拉伸或壓縮。對比度擴(kuò)展原始圖像對比度擴(kuò)展后圖像削波原始圖像削波后圖像閾值化原始圖像閾值化后圖像灰度窗口3．非線性灰度變換①對數(shù)變換這里a,b,c是為了調(diào)整曲線的位置和形狀而引入的參數(shù)。當(dāng)希望對圖像
4、的低灰度區(qū)較大的拉伸而對高灰度區(qū)壓縮時，可采用這種變換，它能使圖像灰度分布與人的視覺特性相匹配。f(i,j)g(i,j)原始圖像f(x,y)對數(shù)變換后圖像g(x,y)變換曲線f(x,y)g(x,y)②指數(shù)變換這里參數(shù)a,b,c用來調(diào)整曲線的位置和形狀。這種變換能對圖像的高灰度區(qū)給予較大的拉伸。g(i,j)f(i,j)原始圖像f(x,y)指數(shù)變換后圖像g(x,y)變換曲線f(x,y)g(x,y)灰度直方圖反映了數(shù)字圖像中每一灰度級與其出現(xiàn)頻率間的關(guān)系,它能描述該圖像的概貌。修改直方圖是一種實(shí)用而有效的增強(qiáng)圖像處
5、理技術(shù)。直方圖修整法包括直方圖均衡化及直方圖規(guī)定化兩類。1.直方圖均衡化將原圖像通過某種變換，得到一幅灰度直方圖為均勻分布的新圖像的方法。3-2對比度增強(qiáng)——直方圖修整直方圖均衡化直方圖均衡化設(shè)r和s分別表示歸一化了的原圖像灰度和經(jīng)直方圖修正后的圖像灰度。即在[0,1]區(qū)間內(nèi)的任一個r值，都可產(chǎn)生一個s值，且T(r)作為變換函數(shù)，滿足下列條件：①在0≤r≤1內(nèi)為單調(diào)遞增函數(shù)，保證灰度級從低（黑）到高（白）的次序不變；②在0≤r≤1內(nèi)，有0≤T(r)≤1，確保映射后的像素灰度在允許的范圍內(nèi)。直方圖均衡化從人眼視
6、覺特性來考慮，一幅圖像的直方圖如果是均勻分布的，即Ps(s)=k(歸一化時k=1)時，該圖像色調(diào)給人的感覺比較協(xié)調(diào)。因此將原圖像直方圖通過T(r)調(diào)整為均勻分布的直方圖，這樣修正后的圖像能滿足人眼視覺要求。對于離散的數(shù)字圖像，變換的最后推導(dǎo)結(jié)果為:上式表明，均衡后各像素的灰度值sk可直接由原圖像的直方圖算出。一幅圖像的sk與rk之間的關(guān)系稱為該圖像的累積灰度直方圖。1.01.01.0下面舉例說明直方圖均衡過程。rkr0=0r1=1/7r2=2/7r3=3/7r4=4/7r5=5/7r6=6/7r7=1nk79
7、0102385065632924512281pr(rk)=nk/n0.190.250.210.160.080.060.030.02sk計0.190.440.650.810.890.950.981.00sk并1/73/75/76/76/7111sks0=1/7s1=3/7s2=5/7s3=6/7s4=1nsk7901023850985448pk(s)0.190.250.210.240.11例假定有一幅總像素為n=64×64的圖像，灰度級數(shù)為8，各灰度級分布列于表中。對其均衡化計算過程如下：1.00.250.20
8、0.150.100.0501/73/75/71.00.250.200.150.100.051/73/75/70原圖像的直方圖均衡后圖像的直方圖直方圖均衡化示例(a)原始圖像(b)原始圖像的直方圖(c)直方圖均衡化后結(jié)果(d)結(jié)果圖像的直方圖(a)原始圖像(b)原始圖像的直方圖(c)直方圖均衡化后結(jié)果(d)結(jié)果圖像的直方圖對比度拉伸的公式：C=(Level-Min)*Scale=(Level-Min)
