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文档简介
第四章 图像增强灰度图像处理,4.1概述,原因:从实际景物转换成图像信息,在图像的生成、传输、或变换过程中,由于多种因素的影响,输出图像的质量多少会有所降低或称退化。 灰度图像处理:同类处理不压缩原图像的灰度层次,如滤波、增强。 非同类处理描述,将多灰度图变为二值图,如分割。 增强:(enhancement)突出所关心的信息,改善图像视觉效果。 恢复:(retstoration)恢复退化图像的本来面目,忠实原图像。 方式:点处理 局域处理 全局处理,4.2 图像的统计特征,把图像看作随机过程,则可做一阶及二阶统计。 一阶:单个象素特征。二阶:一对象素特征。 1)一阶统计特征: P代表坐标,Z为灰度,P(P,Z)象素。 对同一对象的不同观测结果,随机过程,略去了随机性变化,坐标位置关系,简化成直方图(Histogram)。 纵坐标:象素个数/某灰度也可用百分比 横坐标:灰度(0255) 总面积:全图象素数,直方图:离散状态下图像灰度的概率密度分布。 说明:图像直方图 不可逆变换,多对一的变换 直方图是多对一的映射结果,即多个图像可以生成相同的直方图,因此直方图作为一阶统计特征未反映相邻点之间的关系。 但反映了图像的灰度散布范围等特征,在很多场合下,往往是重要特征。 例:,六个象素,黑板(加墙)的直方图,2)二阶统计特征图像两象素之间关系: P2(P、Q、Z、Y) P、Q为两个象素的位置绝对位置相对位置 Z、Y为两个象素的灰度 引入简化形式,即认为与P、Q之绝对位置无关,而仅与其相对位置有关,称共存事件矩阵 coocurrence matrices 共存事件矩阵:Cr(i、j) r P、Q点的相对关系,i、j 两个象素的灰度。R与 相对距离及方位有关各种组合甚多。 d及 Cr(i、j、d、)。,满足d、关系,灰度分别为(i、j)的象元对数。整个数组256*256,一般情况下,考虑相邻象素间关系,取d=1,=0时,举例:,0,0,1,1,0,1,1,0,2,2,3,3,2,3,3,2,d=1, =0,原图,Cr,共存事件矩阵特点: 对角线Cr(k,k)大致反映了灰度为K的面积大小; 非对角线的Cr(k,j)大致反映了灰度值为k,j象元的边界长; 远离对角线项的大小反映图像对比度大小。 进一步引入一些变换参数。,综合参数:,上式中ux,uy,x, y,分别表示其共存事件矩阵沿行列方向的均值及标准差。 共存事件矩阵是纹理特征的描述工具。,4.3直方图处理(点处理,辐射变换),通过调整图像的直方图,达到所需增强的目的。 1)灰度变换法: 由于光照不足,原图象灰度范围窄,看不清晰,直方图拉伸后灰度相差加大,分辨清晰。,DBf(DA) 可将一直方图变另一直方图 即:HA(DA) HB(DB) 直方图下总面积不变为1,由概率论知:,DB=f(DA)常见的三种变换曲线: 线性:DB=aDA+b(分段线性)突出感兴趣目标,抑制不感兴趣目标 对数曲线:DB=a * lg(DA+b)小灰度展开,大灰度压缩 指数曲线 :DB=DA*a+b大灰度展开,小灰度压缩 具体编程实现引入查找表(lookup table)概念 图象512512大小,需256KB次运算,太慢 注意图象值输入:256级0255 输出:256级0255 输入到输出是映射关系,指数,对数,DA,DB,int i,j; char I512512,LUT256; for (i=0;i256;i+) LUTi=pow(i,a)+b for (i=0;i512;i+) for(j=0;j512;j+) Iij=LUTIij; 仅需256次指数运算,节约了运算时间,2)直方图均衡: 如右图,直方图可用灰度为256,但仅用了2/3,即可用灰度级别未充分利用,一种可能的充分利用多灰度方法是直方图越平越好。多灰度值点数均摊。 HB=1/m 由:HAdDA=HBdDB DB=f(DA),dDB=df HAdDA=1/m df df=mHAdDA f=mHAdDA,上述结论可推广到离散域上,一幅图像总象素数为n,分L个灰度级,nk代表第灰度级rk出现的频数,则第K灰度级出现概率: Pr(rk)=nk/n (k=0,1. L-1) 此时变换函数为:,若某一灰度Z是此平均值之倍,则需将其分散到K个灰度上去,即一对多的映射。 将Z映射至(Z1+ZK)/2灰度上,不保证均匀平的; 将Z随机分配到Z1,ZK中,此时将损失对比度; 将Z分配到与邻点平均值相近的Z1,ZK之灰度,这可能使边缘变模糊及计算量大。 实用第一条,8个灰级,总计64*64=4096点 注意:离散均衡不可能拉平,仅存5个灰级,宏观拉平,微观不可能平,层次减少,对比度提高。,3)直方图匹配 新直方图与已有直方图匹配,使两直方图一致 希望增强后的图像,其灰度级分布不是均匀的,而是具有规模形状的直方图,这样可突出感兴趣的灰度范围,p1 p2=1/m , b=mp1(a)da=mP1(a) p3 p2=1/m ,b=mp3(c)dc=mP3(c) c=P3-1(b/m)=P3-1(mP1(a)/m)=P3-1P1(a) 由a c关系。 p1(a)先变换到平的,再由平的变换到p3(c),4)伪彩色 人眼对彩色敏感,可辨2000多种色,灰度才几十级 假彩色:用遥感器中三波段合成R、G、B。 伪彩色:单一波段,(灰度图彩色),物理背景:伪彩超,红外乳腺诊断 典型方法:,255,合成,5)图象的几何运算 两幅图象对应象素相、*、运算得到第三幅图象。F1、F2生成F3,都是点运算。 F3=A(F1+F2)+B F3=A(F1F2)+B (减影技术,同一景物不同时间采集影像相减,去除相同,找出变化。运动监测,目标跟踪。 ) F3=A(F1F2)+B (遥感:火灾、水灾、海岸耕地变化。 ) F3=A(F1/F2)+B (医学:减影、血管 、监测肾动脉是否阻塞。 ) A、
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