第四章图像增强(上).ppt

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 0 255 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 coocurrencematrices 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 DB f 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 lookuptable 概念 图象512 512大小 需256KB次运算 太慢注意图象值输入 256级 0 255 输出 256级 0 255 输入到输出是映射关系 指数 对数 DA DB inti j charI 512 512 LUT 256 for i 0 i 256 i LUT i pow i a bfor i 0 i 512 i for j 0 j 512 j I i j LUT I i j 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 HBdDBDB f DA dDB dfHAdDA 1 mdfdf mHAdDAf 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 m p1 a da mP1 a p3 p2 1 m b m p3 c dc mP3 c c P3 1 b m P3 1 mP1 a m P3 1 P1 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 BF3 A F1 F2 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 F1 F2 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