《图像处理图像增强》PPT课件

第4章图像增强,4.1引言4.2直接灰度变换4.3直方图修正法4.4图像平滑4.5图像锐化4.6同态增晰4.7彩色增强,4.1引言,根据所处理的空间不同：基于图像域的方法：直接在图像所在的空间进行处理基于变换域的方法：在图像变换域间接进行处理方法：空域频域图像增强处理策略：全局局部处理对象：灰度彩色空域处理：点处理、邻域处理、全图处理,4.2直接灰度变换,4.2.1灰度线性变换4.2.2灰度非线性变换,灰度范围线性变换关系线性变换关系,4.2.1灰度线性变换,0abf(x,y),dc,g(x,y),0abf(x,y),dc,g(x,y),4.2.1灰度线性变换,1.全域线性变换设原始图像中所有像素灰度的最小值和最大值分别为f1（0）和f2（D0其中：D(u,v)(u2+v2)1/2是点(u,v)到频率平面原点的距离副作用：图象模糊，出现振铃效果,(2)巴特沃斯低通滤波器（BLPF）传递系数：,4.4.4频域低通滤波法,0,1,H(u,v),D(u,v),（3）指数低通滤波器（ELPF）,4.4.4频域低通滤波法,0,1,H(u,v),D(u,v),（4）梯形低通滤波器（TLPF）,4.4.4频域低通滤波法,4.5图像锐化,4.5.1微分法4.5.2高通滤波法,边缘锐化（Sharpening）补偿图像的轮廓，突出图像中景物的边缘或纹理，使图像清晰空域高通滤波（俗称勾边处理）。,4.5图像锐化,4.5图像锐化,为什么需要锐化图像传输变换（未聚焦好）、受到各种干扰而退化图像模糊，而图像的判读和识别中，常需突出目标的轮廓或边缘信息。数学原理图像模糊的原因图像被平均或积分，为实现图象的锐化，需反运算“微分”增强高频分量，使图像边缘清晰，但同时也增强了噪声条件原图像有较高的SNR,4.5图像锐化,边缘锐化的原理图像中景物的边缘或纹理是灰度值发生突变的地方，数字信号处理采用差分或梯度计算来检测边缘。若在原图上（或一定的灰度值上）叠加该检测结果有勾边效果。边缘锐化的缺点边缘突出的同时图像中噪声也会被突出。,图像模糊的两种理解1平均或积分效应引起用微分处理；2模糊可看作图像上高频分量被削弱高频增强，引入微分：,4.5.1微分法,注意噪声亦属高频分量，往往会随高频增强而突出。因此往往需要去噪后再锐化微分,讨论微分算子一般情况：,希望求微分算子是各向同性的，即其微分效果不随特征方向不同而不同。可证明：偏导数的平方和是各向同性的，梯度运算、拉普拉斯运算都符合上述条件。,4.5.1微分法,4.5.1微分法,1梯度法,4.5.1微分法,4.5.1微分法,1梯度法,4.5.1微分法,1梯度法,改进的梯度算法：阈值,2拉普拉斯运算法,4.5.1微分法,-1,-1,-1,8,-1,-1,-1,-1,-1,注意:1)图像中灰度变化小时，g(x,y)输出小或为负2）图像中灰度变化大时，g(x,y)的增强可能超出范围，需要变回0L-1尺度中,4.5.1微分法,2拉普拉斯运算法,2222222,mask,0-10-14-10-10,例:灰度级为4,22241111,mask,0-10-14-10-10,4.5.1微分法,2拉普拉斯运算法,3Roberts算子,4.5.1微分法,4高频增强滤波器：,光学操作将聚焦的正像与散焦的负像在底版上叠加，散焦的负像相当于一个模糊掩模。,4.5.1微分法,经平滑后的图像（模糊）,原图,5定向滤波：沿特定方向增强，有塑像效果,4.5.1微分法,频域：G(u,v)=H(u,v)F(u,v)其中：F(u,v)：原始图象傅立叶频谱G(u,v)：平滑后图象的傅立叶频谱H(u,v)：滤波转移函数H(u,v)函数的定义方法很多，针对具体情况选用不同方法。,FFT,H(u,v),IFFT,f(x,y),F(u,v),G(u,v),g(x,y),4.5.2高通滤波法,图像中的均匀与不均匀反映了频率高低不同抑制低频（增强高频）锐化抑制高频（增强低频）平滑,滤波传递函数g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)G(u,v)=H(u,v)F(u,v)以下讨论考虑对F(u,v)的实部、虚部影响完全相同的滤波转移函数零相移滤波器,4.5.2高通滤波法,(1)理想滤波器,4.5.2高通滤波法,(2)巴特沃斯滤波器,4.5.2高通滤波法,(3)指数滤波器,4.5.2高通滤波法,(4)梯形滤波器,4.5.2高通滤波法,4.6同态增晰,作用消除图像上照明不均的问题，增加暗区的图像细节，同时又不损失亮区的图像细节，它在频域中同时将图像亮度范围进行压缩和将图像对比度进行增强成像物理背景人眼对图象亮度响应具有类似于对数运算的非线性形式f(x,y)=I(x,y)R(x,y)I(x,y)：照射分量（低频）R(x,y)：反射分量（高频）(图象细节的不同在空间作快速变化),分析关心反射信息，但室内外照射分量强度不同，图片明暗不均，能否消除照度不均，而增强反射部分比重?过程,f(x,y)=i(x,y)r(x,y)i(x,y)照射分量,低频区，r(x,y)反射分量，反映图像的细节分量，处于高频区,4.6同态增晰,步骤：（1）z(x,y)=lnf(x,y)=lnI(x,y)+lnR(x,y)把频谱分开（2）Z(u,v)=I(u,v)+R(u,v)傅立叶变换（3）S(u,v)=H(u,v)Z(u,v)同态滤波函数用H(u,v)处理Z(u,v)（4）s(x,y)=F-1S(u,v)=i(x,y)+r(x,y)（5）g(x,y)=exps(x,y)=expi(x,y)+r(x,y)=i0(x,y)r0(x,y),4.6同态增晰,如果图像照明不均，图像上各部分的亮度会有起伏，压缩照度分量的灰度范围或频域上消弱照度分量的频谱分量。因反射分量反映细节，利用对比度增强这一分量的对比度或频域上加大反射频谱成分，使暗区细节增强，并保留亮区图像细节,4.6同态增晰,2.0,1.5,1.0,0.5,H(u,v),D(u,v),a)同态滤波处理前b)同态滤波处理后（压缩图像的动态范围，增加了图像各部分之间的对比度）,4.6同态增晰,4.7彩色增强,4.7.1伪彩色增强4.7.2真彩色增强,4.7.1伪彩色增强,(1)亮度切割,亮度切割剖面示意,伪彩色效果图,4.7.1伪彩色增强,（2）从灰度到彩色的变换,输入三个电子枪，可得到其颜色内容由3个变换函数调制的混合图像,4.7.1伪彩色增强,4.7.1伪彩色增强,a)红色变换特性b)绿色变换特性,c)蓝色变换特性d)合成特性,4.7.2真彩色增强,从彩色到彩色的一种转换目的1）引起人们的特别关注2）人眼对不同颜色的灵敏度不同,真彩色效果例图,4.7.2真彩色增强,作业,4-1试给出把灰度范围（0，10）拉伸为（0，15），把灰度范围（10，20）移到（15，25），并把灰度范围（20，30）压缩为（25，30）的变换方程。4-2试给出变换方程T(z),使其满足在10z100的范围内，T(z)是lgz的线性函数,表a