计算机视觉 课件 第3章图像视频处理

1第三章图像视频处理§3.1局部图像处理算子§3.3典型图像增广方法§3.2全局图像处理算子2局部图像处理算子图像视频处理形态学变换膨胀过半腐蚀开运算闭运算线性滤波器图像锐化模糊距离变换欧氏距离城市街区距离棋盘距离距离变换全局图像处理算子傅里叶变换图像插值方法图像色彩空间变换图像几何变换直方图均衡化典型图像增广方法随机仿射变换随机明度/色相/饱和度变换随机裁剪与拼接本章脉络3§3.1局部图像处理算子一、形态学变换二、线性滤波器三、图像锐化与模糊四、距离变换4局部图像处理算子局部图像处理算子是对数字图像进行操作和分析的基本方法，用于处理图像中的特定区域，能够有效提取有用信息、改善视觉效果或实现特定的任务，如图像去噪、图像边缘检测等图像去噪图像边缘检测5局部图像处理算子常见局部图像处理算子包括：形态学变换、空间滤波器、图像锐化与模糊、距离变换等形态学变换空间滤波器图像锐化与模糊6形态学变换

7形态学变换二值形态学标准操作腐蚀：用于去除图像中的小物体和细节膨胀：用于增强图像中的物体和边缘过半：用于去除图像中的锐利角落，使其变得圆滑原始图像腐蚀膨胀8形态学变换二值形态学标准操作开运算：组合操作，先腐蚀再膨胀用于去除图像中的小物体和细节，并保留大的物体和边缘闭运算：组合操作，先膨胀再腐蚀用于填充图像中的小孔和裂缝，并保留大的物体和边缘(a)原始图像(b)膨胀(c)腐蚀(d)开运算(e)闭运算9形态学变换形态学变换举例10线性滤波器空间滤波器由一个邻域（典型地是一个较小的矩形）和对该邻域包围的图像像素执行的预定义操作组成。滤波器的中心访问输入图像中的每个像素，就生成了处理（滤波）后的图像

右图说明了使用3x3邻域的线性空间滤波的机理。在图像中的任意一点(x,y)，滤波器的响应g(x,y)是滤波器系数与由该滤波器包围的图像像素的乘积之和：11线性滤波器

12线性滤波器

13图像锐化与模糊图像锐化图像锐化处理的主要目的在于突出图像灰度的过渡部分，应用范围从电子印刷和医学成像到工业检测和军事系统的制导等锐化处理可由空间微分来实现。基本上，微分算子的响应强度与图像在用算子操作的这一点的突变程度成正比，这样，图像微分增强边缘和其他突变（如噪声），而削弱灰度变化缓慢的区域14图像锐化与模糊

15图像锐化与模糊

16图像锐化与模糊

17图像锐化与模糊图像模糊图像模糊主要用于降低噪声，常用于预处理任务中，使用平滑滤波器平滑滤波器使用滤波器模板确定的邻域内像素的平均灰度值来代替图像中每个像素的值，这种处理的结果可以降低图像灰度的“尖锐”变化，这些滤波器有时也称为均值滤波器18图像锐化与模糊

19距离变换距离变换其也叫做距离函数或者斜切算法。其是一种基本的图像处理方法，可以用于二值图像的配准、图像拼接和图像混合的羽化以及邻近点配准20距离变换

21距离变换

22距离变换距离变换以二值图像为例，其中区域块内部的像素值为1，其他像素值为0。距离变换给出每个像素点到最近的区域块边界的距离，区域块内部的距离变换结果为0。输入图像如(a)所示，D4距离的距离变换结果如图(b)所示23距离变换

24距离变换

25§3.2全局图像处理算子一、傅里叶变换二、图像插值方法三、图像几何变换四、图像色彩空间变换五、直方图均衡化26全局图像处理算子全局图像处理算子包括傅里叶变换、图像插值方法、图像几何变换、图像色彩空间变换和直方图均衡化。这些算子通常用于对整个图像进行处理，以实现图像的缩放、旋转、颜色转换等傅立叶变换图像插值方法图像几何变换色彩空间变换直方图均衡化傅里叶变换是一种将图像从空间域转换到频率域的方法，它在图像去噪和特征提取等方面有重要的应用图像插值方法则是一种用于在保持图像质量的同时，对图像进行放大或缩小的方法图像几何变换包括图像的平移、旋转和缩放等操作，它们在图像配准和目标跟踪等领域有广泛的应用图像色彩空间变换是将图像从一个色彩空间转换到另一个色彩空间的过程，例如RGB到HSV的转换直方图均衡化是一种用于改善图像对比度的方法，它通过对图像的灰度级进行重新分布，使得图像的直方图更加均匀27傅里叶变换傅里叶变换的历史18世纪：法国数学家约瑟夫·傅里叶（JosephFourier）在著作《热的解析理论》中提出。傅里叶观察到，任何周期函数都可以表示为不同频率的正弦和余弦函数的和。这个观察结果后来被称为傅里叶级数。傅里叶的工作在当时并没有受到广泛的认可，直到19世纪初，数学家和物理学家才开始认识到傅里叶工作的重要性28傅里叶变换傅里叶变换的应用随着电子计算机的发展，傅里叶变换在许多领域得到了广泛的应用，包括信号处理、图像处理、量子力学和统计学等。特别是在信号处理和图像处理领域，傅里叶变换提供了一种有效的工具，可以将信号或图像从时间域或空间域转换到频率域，从而实现对信号或图像的有效处理29傅里叶变换

30傅里叶变换

31傅里叶变换

32傅里叶变换

33傅里叶变换傅里叶变换的性质34傅里叶变换常用函数的傅里叶变换对35傅里叶变换常用函数的傅里叶变换对36傅里叶变换

37图像插值方法

38图像插值方法

39图像插值方法

40图像插值方法样条插值样条插值是使用一种名为样条的特殊分段多项式进行插值的形式。由于样条插值可以使用低阶多项式样条实现较小的插值误差，避免了使用高阶多项式所出现的龙格现象，所以样条插值得到了流行。这种方法的计算较为复杂，但是插值效果非常好，可以有效地减少模糊现象和锯齿现象41图像几何变换

42图像几何变换

43图像几何变换常见图像几何变换44图像色彩空间变换常见色彩空间RGB色彩空间：RGB色彩空间是最常用的色彩空间，它基于人眼对红、绿、蓝三种颜色的感知。主要用于显示器和其他自发光设备CMYK色彩空间：CMYK色彩空间常用于印刷行业，它基于青色、洋红色、黄色和黑色的墨水。CMYK色彩空间主要用于印刷和其他反射光设备HSV色彩空间：HSV色彩空间基于人类视觉感知，由色相、饱和度和亮度三个分量组成。色相表示颜色的种类，饱和度表示颜色的纯度，亮度表示颜色的明暗程度。常用于图像编辑和其他需要直观调整颜色的地方45图像色彩空间变换

46直方图均衡化

47§3.3典型图像增广方法一、随机仿射变换二、随机明度/色相/饱和度变换三、随机裁剪与拼接48典型图像增广方法典型的图像增广方法，包含随机仿射变换、随机明度变换、随机裁剪与拼接等这些方法在训练深度学习模型时尤其重要，它们可以有效地增加训练数据的多样性，从而提高模型的泛化能力49随机仿射变换

50随机明度/色相/饱和度变换

51随机裁剪与拼接

52随机裁剪与拼接随机拼接为了进一步考虑图像间像素的关联性，研究人员提出了一些随机拼接方法。近年来，Mixup（Zhang