《相关图象基础》PPT课件.ppt

章毓晋 (TH-EE-IE),第2章 相关图象基础,2.1 图象处理技术概述 2.2 图象成象过程 2.3 离散距离及扩展 2.4 图象噪声消除,章毓晋 (TH-EE-IE),2.1 图象处理技术概述,图象采集：指利用一定的设备获取可输入计算机的数字图 象，这些设备主要完成根据所接受到的电磁能量产 生模拟电信号和进一步将模拟电信号转化为离散形 式两个功能 图象合成 图象变换：指将图象在不同空间转换的技术和过程，也可 指在图象空间对图象中目标位置形状等进行变化的 技术和过程 图象增强：指对图象进行加工，以得到对具体应用来说视 觉效果更“好”，更“有用”的图象，或者说改进 输入图象的视觉质量的技术和过程,章毓晋 (TH-EE-IE),2.1 图象处理技术概述,图象恢复：基于图象退化的模型进行，即要根据图象退化 的模型和知识重建或恢复原始的图象 图象重建：指投影重建，即从一个物体的多个（轴向）投 影图重建目标图象的过程。通过投影重建可以直接 看到原来被投影物体某种特性的空间分布 图象编码：指对图象进行加工，采用新的表达方法以减小 表示图象所需数据量的技术和过程，常称图象编码 为图象压缩，在需要消除图象中冗余数据时使用 图象显示：多指以空间亮度分布模式显示图象数据或其它 类型的数据，主要目的是给人以直观可视的感觉,章毓晋 (TH-EE-IE),2.2 图象成象过程,成象时要考虑三个方面的问题 （特别成象目的是图象分析时）： (1) 几何：在图象中什么地方可发现目标？ (2) 辐射：图象中的目标有多亮，该亮度与目标 和成象系统的光学特性有什么关系？ (3) 数字化和量化：当用一个数字矩阵表达图象 并用数字计算机处理该图象会得到什 么结果？,章毓晋 (TH-EE-IE),2.2 图象成象过程,2.2.1 成象变换 2.2.2 成象亮度 2.2.3 采样和量化,章毓晋 (TH-EE-IE),2.2.1 成象变换,投影成象 将3-D客观场景投影到2-D图象平面 成象过程 三个坐标系统 世界坐标系统 XYZ 摄象机坐标系统 xyz 图象平面 xy 从 XYZ 到 xyz，从 xyz 到 xy,章毓晋 (TH-EE-IE),三个坐标系统,2.2.1 成象变换,章毓晋 (TH-EE-IE),透视变换 3-D点投影后的图象平面坐标 非线性投影等式（分母含变量Z）,2.2.1 成象变换,章毓晋 (TH-EE-IE),齐次坐标 可用来将前述非线性（分母中含变量Z）等式表示成线性矩阵形式 笛卡尔坐标： 齐次坐标： k 为任意非零常数 齐次坐标笛卡尔坐标：用第4个坐标量去除前3个坐标量,2.2.1 成象变换,章毓晋 (TH-EE-IE),齐次坐标透视变换 用第4项分别去除前3个项,2.2.1 成象变换,章毓晋 (TH-EE-IE),逆投影变换 根据2-D图象坐标来确定3-D客观景物的坐标,2.2.1 成象变换,章毓晋 (TH-EE-IE),景物所受到的光照度 光度学：研究光辐射强弱的学科 光通量：表示光辐射的功率或光辐射量 单位：lm（流明） 发光强度：单位立体角内发出的光通量 单位：cd（坎德拉） 1 cd = 1 lm/sr 亮度：单位投影面积的发光强度,2.2.2 成象亮度,章毓晋 (TH-EE-IE),景物所受到的光照度,2.2.2 成象亮度,章毓晋 (TH-EE-IE),景物表面对光的反射程度 景物的亮度既与入射光照度有关也与景物表面对光反射的性质有关,2.2.2 成象亮度,章毓晋 (TH-EE-IE),2.2.3 采样和量化,图象 数字图象 f (x, y) I(r, c) 空间坐标的离散化叫做空间采样 x, y r, c 幅度的离散化叫做幅度量化 f I,章毓晋 (TH-EE-IE),2.2.3 采样和量化,数字图象 图象（水平）尺寸 M： 图象（垂直）尺寸 N： 象素灰度级数 G (k-bit)： 图象所需的位数 b：,章毓晋 (TH-EE-IE),2.2.3 采样和量化,数字图象 存储1幅32 32，16个灰度级的图 需要 4 096 bit 存储1幅128 128，64个灰度级的图 需要 98 304 bit 存储1幅512 512，256个灰度级的图 需要 2 097 152 bit,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3 离散距离及扩展,2.3.1 常用离散距离 2.3.2 斜面距离和扩展,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.1 常用离散距离,象素p(xp, yp)的4-邻域N4(p) 象素p(xp, yp)的8-邻域N8(p),章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.1 常用离散距离,象素p(xp, yp)的16-邻域N16(p) 马步距离是按国际象棋棋盘上马从一格运动到另一格所需步数来计算的,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.1 常用离散距离,离散圆盘 中心为象素p的半径为r（r 0）的圆盘是满足DD(p, r) = q | dD(p, q) r的点集,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.1 常用离散距离,离散圆盘 #Di(r)：除中心象素外Di(r)所包含象素个数,章毓晋 (TH-EE-IE),离散圆盘 图(a)对应Dk(p, 1)，图(b)对应Dk(p, 2)，图(c)对应Dk(p, 3),2.3.1 常用离散距离,章毓晋 (TH-EE-IE),N16空间和其中的连通性 一个象素和它的16-邻域象素组成N16空间 水平和垂直 移动 (2) 对角线移动 (3) 马步移动,2.3.1 常用离散距离,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.2 斜面距离和扩展,斜面距离和圆盘 斜面（chamfer）距离是欧氏距离的整数近似 4-邻域：斜面距离就是 d4 距离，其中 a = 1 8-邻域：斜面距离记为 da,b，其中 a = 3，b = 4 （为计算简单和减少存储量，a值和b值都取整数 ） 16-邻域：斜面距离记为 da,b,c 其中 a = 5， b = 7，c = 11,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.2 斜面距离和扩展,斜面距离和圆盘 (1) 在8-邻域中用于计算 da,b 的 a 和 b 应满足 0 a b 2a 如 d4，d8，d3,4 (2) 在16-邻域中用于计算 da,b,c 的a，b和c应满足 0 a b 2a c c a + b and 3b 2c 如d5,7,11，但d1,1,1不满足,章毓晋 (TH-EE-IE),2.3.2 斜面距离和扩展,斜面距离和圆盘 斜面圆盘是一个多边形，其边数与斜面距离所定义的邻域中的移动类数相等。 (a)表示D3,4(27) (b)表示Da,b (c)表示Da,b,c,章毓晋 (TH-EE-IE),噪声 图象中不希望有的部分 图象中不需要的部分 噪声特点 可以有一定的随机性 如电视屏幕上的椒盐噪声 可以比较规则或有规律 如山谷中的回声仅有一定的延迟,2.4 图象噪声消除,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4 图象噪声消除,2.4.1 线性滤波消除噪声 2.4.2 非线性滤波消除噪声 2.4.3 混合滤波提高效率 2.4.4 组合滤波消除噪声,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.1 线性滤波消除噪声,1. 空域滤波原理 在频域分析，在空域进行 平滑滤波 空域里的剖面图 系数都是正的 中心系数大 周围系数小,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.1 线性滤波消除噪声,2. 空域滤波原理 模板卷积（尺寸 n n，半径 r = (n1)/2 ） (1) 将模板在图中漫游，并将模板中心与图中某个象素 位置重合 (2) 将模板上的各个系数与模板下各对应象素的灰度值 一一相乘 (3) 将所有乘积相加（为保持灰度范围，常将结果再除 以模板的系数个数） (4) 将上述运算结果（模板的输出响应）赋给图中对应 模板中心位置的象素,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.1 线性滤波消除噪声,2. 空域滤波原理 原图 模板 新图,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.1 线性滤波消除噪声,2. 空域平滑滤波 邻域平均 保持灰度值范围（所有系数之和为1）,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.1 线性滤波消除噪声,2. 空域平滑滤波 加权平均 为保证各模板系数均为整数以减少计算量，常取模板周围最小的系数为1 根据系数与模板中心的距离反比地确定其它内部系数的值,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.2 非线性滤波消除噪声,1. 中值滤波 令N(x, y)为(x, y)的邻域（模板覆盖） 模板尺寸n n的中值滤波器的输出值应 模板中(n21)/2个象素的值，又应 模板中(n21)/2个象素的值 中值滤波器的主要功能就是让与周围象素灰度值的差比较大的象素改取与周围象素值接近的值 一般情况下，图象中尺寸小于模板尺寸一半的过亮或过暗区域将会在滤波后会被消除掉,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.2 非线性滤波消除噪声,1. 中值滤波 (1) 将模板在图中漫游，并将模板中心与图中某 个象素位置重合 (2) 读取模板下各对应象素的灰度值 (3) 将这些灰度值从小到大排成一列 (4) 找出这些值里排在中间的一个 (5) 将这个中间值赋给对应模板中心位置的象素 特点：既能消除噪声又能保持图象的细节,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.3 混合滤波提高效率,结合快速滤波器（特别是线性滤波器）和排序统计滤波器（中值滤波器是个典型），使组合后的滤波器在效果上接近所期望的要求，但在计算复杂度方面有较大改进 在线性和中值混合滤波中，常使较少的线性滤波操作作用在大的模板上，而线性滤波器输出的中值就是混合滤波器的最终输出,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.3 混合滤波提高效率,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.4 组合滤波消除噪声,1. 组合滤波器 线性滤波器消除高斯噪声 中值滤波器消除椒盐噪声,章毓晋 (TH-EE-IE),2.4.4 组合滤波消除噪声,2. 椒盐噪声检测器 受椒盐噪声影响的象素的灰度值会取到图象灰度范围的两个极端值 (1) 灰度范围准则 设图象灰度范围为Lmin, Lmax，如果一个象素的灰度值在Lmin+Tg, Lmax Tg范围中， (