數(shù)字圖像處理 第三章 空間域圖像增強(qiáng)

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1、第三章、空間域圖像增強(qiáng)圖象增強(qiáng)的含義和目的?一、什么是圖象增強(qiáng)？圖像增強(qiáng)是要突出圖像中的某些信息，同時(shí)削弱或去除某些不需要信息的一種處理方法，以得到對(duì)具體應(yīng)用來(lái)說(shuō)視覺(jué)效果更“好”，或更“有用”的圖像的技術(shù).?二、為什么要增強(qiáng)圖象？圖像在傳輸或者處理過(guò)程中會(huì)引入噪聲或使圖像變模糊，從而降低了圖像質(zhì)量，甚至淹沒(méi)了特征，給分析帶來(lái)了困難。圖象增強(qiáng)的含義和目的圖象增強(qiáng)的含義和目的?三、目的：（1）改善圖象的視覺(jué)效果，提高圖像的清晰度；（2）將圖象轉(zhuǎn)換成更適合于人眼觀(guān)察和機(jī)器分析識(shí)別的形式，以便從圖象中獲取更有用的信息。?四、基本方法：空間域處理：點(diǎn)處理（圖象灰度變換、直

2、方圖均衡等）；鄰域處理（線(xiàn)性、非線(xiàn)性平滑和銳化等）；頻域處理：高、低通濾波、同態(tài)濾波等本章內(nèi)容?3.1背景知識(shí)?3.2基本灰度變換?3.3直方圖處理?3.4空間濾波基礎(chǔ)?3.5平滑空間濾波器?3.6銳化空間濾波器?3.7混合空間增強(qiáng)法3.1背景知識(shí)空間域增強(qiáng)是指增強(qiáng)構(gòu)成圖像的像素，可由下式定義：g(x,y)=T[f(x,y)](3.1-1)鄰域和預(yù)定義的操作一起稱(chēng)為空間濾波器（掩模、其中核、模板）f(x,y)是輸入圖像g(x,y)是輸出圖像T是對(duì)f的一種操作，定義在（x,y）的鄰域上.3.1背景知識(shí)定義一個(gè)點(diǎn)(x,y)鄰域的主要方法是:①鄰域：中心在(x,y)點(diǎn)

3、的正方形或矩形子圖像.②子圖像的中心從一個(gè)像素向另一個(gè)像素移動(dòng),③T操作應(yīng)用到每一個(gè)(x,y)位置得到該點(diǎn)的輸出g.1×1的鄰域T(r)產(chǎn)生兩級(jí)(二值)圖像,閾值函數(shù)對(duì)比度拉伸閾值處理圖像中(x,y)點(diǎn)的3×3鄰域?qū)Ρ榷仍鰪?qiáng)的灰度級(jí)函數(shù)3.1背景知識(shí)?更大的鄰域會(huì)有更多的靈活性,一般的方法是利用點(diǎn)(x,y)事先定義的鄰域里的一個(gè)f值的函數(shù)來(lái)決定g在(x,y)的值,主要是利用所謂的模板（也稱(chēng)為濾波器,核,掩模）.?模板是一個(gè)小的(3×3)二維陣列,模板的系數(shù)值決定了處理的性質(zhì),如圖像尖銳化等.以這種方法為基礎(chǔ)的增強(qiáng)技術(shù)通常是指模板處理或空域?yàn)V波.3.2基本灰度變換

4、?灰度級(jí)變換函數(shù)反比s=L?1?rs=T(r)(3.1.2)n次方根三種基本類(lèi)型輸出灰度級(jí)①線(xiàn)性的(正比或反比)對(duì)數(shù)s=clog(1+r)γn次冪s=cr②對(duì)數(shù)的(對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)的)③冪次的(n次冪和n次方根變換)s圖像反轉(zhuǎn)s=L?1?r正比反對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)變換s=clog(1+r)冪次變換s=crγ輸入灰度級(jí),r用于圖像增強(qiáng)的某些基本灰度變換函數(shù)3.2基本灰度變換①反轉(zhuǎn)變換sL=??1r(3.21)?適于處理增強(qiáng)嵌入于圖像暗色區(qū)域的白色或灰色細(xì)節(jié),特別是當(dāng)黑色面積占主導(dǎo)地位時(shí).灰度反轉(zhuǎn)圖像3.2基本灰度變換②對(duì)數(shù)變換sc=+?log(1r)(3.22)使一窄帶低灰度輸

5、入圖像映射為一寬帶輸出值.可以用于擴(kuò)展圖像中的暗像素.6r∈×[0,1.510]sr=log(1+)對(duì)數(shù)變換的圖像（顯示在一個(gè)8bit的系統(tǒng)中）3.2基本灰度變換γ③冪次變換s=>?cr(,cγ0)(3.23)冪次曲線(xiàn)中的γ值決定了是把輸入窄帶暗值映射到寬帶輸出值還是把輸入窄帶亮值映射到寬帶輸出.γγ<1時(shí)，↓?該變換將低灰度值（暗值）進(jìn)行拉伸例：γ=0.4時(shí)，該變換將動(dòng)態(tài)范圍從[0,LL5]擴(kuò)展到[0,2]γγ>1時(shí)，↑?該變換將L5高灰度值（亮值）進(jìn)行拉伸3.2基本灰度變換γ冪次變換的應(yīng)用γ(伽馬)校正s=cr?為什么要進(jìn)行γ校正？幾乎所有的CRT顯示設(shè)備、

6、攝像膠片、許多電子照相機(jī)的光電轉(zhuǎn)換特性都是非線(xiàn)性的。所以，如果不進(jìn)行校正處理的話(huà)，將無(wú)法得到好的圖像效果，見(jiàn)課本P67圖3.7。?光電傳感器的輸入輸出特性：這些非線(xiàn)性部件的輸出與輸入之間的關(guān)系可以用一個(gè)冪函數(shù)來(lái)表示，形式為：設(shè)CCD的輸入（入射光強(qiáng)度）為r，輸出（電壓）為v，則有：γvCr=?（非線(xiàn)性關(guān)系）例如，電子攝像機(jī)的輸出電壓與場(chǎng)景中光強(qiáng)度的關(guān)系3.2基本灰度變換γ冪次變換的應(yīng)用γ(伽馬)校正s=cr?γ校正的原理即在顯示之前通過(guò)冪次變換將圖像進(jìn)行修正。γ整個(gè)過(guò)程利用公式表示如下：?vCr=?1/γ∴預(yù)先進(jìn)行rcs=??=?vCs（線(xiàn)性關(guān)系）?因此，γ校正

7、的關(guān)鍵是確定γ值。?實(shí)際中γ值的確定方法通常CCD的γ值在0.4～0.8之間，γ值越小，畫(huà)面的效果越差。根據(jù)畫(huà)面對(duì)比度的觀(guān)察與分析，可以大致得到該設(shè)備的γ值（或依據(jù)設(shè)備的參考γ值）。3.2基本灰度變換冪次變換的應(yīng)用伽馬校正(a)原圖像12.5v=crsr=2.5vcs=?3.2基本灰度變換冪次變換的應(yīng)用例3.1用冪次變換進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)γc=1,=0.6,0.4,0.3原圖像0.60.40.33.2基本灰度變換冪次變換的應(yīng)用“沖淡”效果圖原圖像3.0γc=1,=3.0,4.0,5.04.05.03.2基本灰度變換④分段線(xiàn)性變換函數(shù)其形式可以任意組合,有些重要的變換

8、可以應(yīng)用分段線(xiàn)性函數(shù)描述