數(shù)字圖像處理清華劉直芳圖像增強(qiáng)下PPT課件

1、在具體增強(qiáng)應(yīng)用中，f (x, y)是給定的（所以F(u, v)可利用變換得到），需要確定的是H(u, v)，這樣具有所需特性的g(x, y)就可由算出G(u, v)而得到：步驟：(1) 轉(zhuǎn)換到頻域(2) 在頻域增強(qiáng)(3) 轉(zhuǎn)換回空域4.1 頻域增強(qiáng)原理 ),( ),(H1yxfTETyxg第2頁(yè)/共27頁(yè)第1頁(yè)/共27頁(yè)卷積定理增 強(qiáng) 圖步 驟(1) 計(jì)算圖象的變換(2) 在頻域?yàn)V波(3) 反變換回圖象空間頻域?yàn)V波低通，高通，帶通/帶阻，同態(tài)),(),(),(vuFvuHvuG),(),(),(1vuFvuHyxg-T4.1 頻域增強(qiáng)原理第3頁(yè)/共27頁(yè)第2頁(yè)/共27頁(yè) 頻率域增強(qiáng)技術(shù)低通濾波

2、低通濾波高通濾波高通濾波同態(tài)濾波同態(tài)濾波第4頁(yè)/共27頁(yè)第3頁(yè)/共27頁(yè)頻域圖像平滑（低通）濾波圖像中的邊緣和噪聲都對(duì)應(yīng)圖像傅立葉變換中的高頻部圖像中的邊緣和噪聲都對(duì)應(yīng)圖像傅立葉變換中的高頻部分，如要在頻域中消弱其影響，設(shè)法減弱這部分頻率的分，如要在頻域中消弱其影響，設(shè)法減弱這部分頻率的分量分量選擇合適的選擇合適的H(u,v)以得到消弱以得到消弱F(u,v)高頻分量的高頻分量的G(u,v)1、理想低通濾波器（、理想低通濾波器（ILPF）Ideal Low Pass FilterD0為截止頻率為截止頻率D(u,v)為頻率平面上的點(diǎn)為頻率平面上的點(diǎn)(u,v)到原點(diǎn)的距離到原點(diǎn)的距離不同的H(u,v

3、)，得到不同的低通濾波1 D(u,v)D00 D(u,v)D0),(vuH第5頁(yè)/共27頁(yè)第4頁(yè)/共27頁(yè)理想低通濾波器，是指以截頻理想低通濾波器，是指以截頻D0為半徑的圓內(nèi)的所有頻為半徑的圓內(nèi)的所有頻率都能無損通過，而在截頻之外的頻率分量完全被衰減。率都能無損通過，而在截頻之外的頻率分量完全被衰減。在通帶和阻帶之間明顯的陡峭。在通帶和阻帶之間明顯的陡峭。理想低通濾波器可以用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)，但卻不能用電理想低通濾波器可以用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)，但卻不能用電子元器件來實(shí)現(xiàn)。子元器件來實(shí)現(xiàn)。理想低通濾波器平滑處理的概念是清晰的，但在處理過理想低通濾波器平滑處理的概念是清晰的，但在處理過程中會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的

4、模糊和振鈴現(xiàn)象。程中會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的模糊和振鈴現(xiàn)象。D0越小，這種現(xiàn)越小，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。這是理想濾波器不可克服的弱點(diǎn)。象越嚴(yán)重。這是理想濾波器不可克服的弱點(diǎn)。第6頁(yè)/共27頁(yè)第5頁(yè)/共27頁(yè)理想低通濾波器的模糊理想低通濾波產(chǎn)生理想低通濾波產(chǎn)生“振鈴振鈴”現(xiàn)象現(xiàn)象第7頁(yè)/共27頁(yè)第6頁(yè)/共27頁(yè)實(shí)例(a) (b) (c)(d) (e) (f) (g)第8頁(yè)/共27頁(yè)第7頁(yè)/共27頁(yè)2、巴特沃茲低通濾波器（、巴特沃茲低通濾波器（BLPF）nDvuDvuH20/ ),(11),(N階巴特沃茲低通濾波器的傳遞函數(shù)階巴特沃茲低通濾波器的傳遞函數(shù) 物理上可實(shí)現(xiàn)（理想低通濾波器在數(shù)學(xué)上定義得很清楚，在計(jì)算機(jī)

5、模擬中也可實(shí)現(xiàn)，但在截?cái)囝l率處直上直下的理想低通濾波器是不能用實(shí)際的電子器件實(shí)現(xiàn)的）第9頁(yè)/共27頁(yè)第8頁(yè)/共27頁(yè) 巴特沃茲低通濾波器又稱為最大平坦濾波器。在巴特沃茲低通濾波器又稱為最大平坦濾波器。在通帶和阻帶之間有通帶和阻帶之間有一個(gè)平滑的過渡帶一個(gè)平滑的過渡帶。通常把。通常把H(u,v)下降到某一值得那點(diǎn)定位截止頻率下降到某一值得那點(diǎn)定位截止頻率D0。第10頁(yè)/共27頁(yè)第9頁(yè)/共27頁(yè)(a) (b) (c)(d) (e) (f)第11頁(yè)/共27頁(yè)第10頁(yè)/共27頁(yè) 與理想低通濾波器的處理結(jié)果相比，巴特沃茲濾波器處理的圖像模糊程度減少，因?yàn)樗腍(u,v)不是陡峭的截止特性，它的尾部會(huì)包含

6、大量的高頻成分。 另外經(jīng)巴特沃茲低通濾波器處理的圖像將不會(huì)有振鈴現(xiàn)象。這是由于在濾波器的通帶和阻帶之間有一平滑過渡的緣故。第12頁(yè)/共27頁(yè)第11頁(yè)/共27頁(yè)頻域圖像銳化濾波1、理想高通濾波器、理想高通濾波器通過高通濾波正好把以通過高通濾波正好把以D0為半徑的圓內(nèi)的頻率成分衰減為半徑的圓內(nèi)的頻率成分衰減掉，對(duì)圓外的頻率成分則無損通過?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)模掉，對(duì)圓外的頻率成分則無損通過?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)，但不可能用電子元器件實(shí)現(xiàn)。擬實(shí)現(xiàn)，但不可能用電子元器件實(shí)現(xiàn)。0 D(u,v)D01 D(u,v)D0),(vuH第13頁(yè)/共27頁(yè)第12頁(yè)/共27頁(yè)2、巴特沃茲高通濾波器、巴特沃茲高通濾波器n

7、vuDDvuH20),(/11),(第14頁(yè)/共27頁(yè)第13頁(yè)/共27頁(yè)結(jié)果巴特沃茲低通濾波器處理的圖像比理想濾波器處巴特沃茲低通濾波器處理的圖像比理想濾波器處理的效果平滑。理的效果平滑。第15頁(yè)/共27頁(yè)第14頁(yè)/共27頁(yè)同態(tài)濾波 在實(shí)際工作中，存在一類圖像，灰度級(jí)動(dòng)態(tài)范圍很大，即黑的部分很黑，白的部分很白，而感興趣的某部分物體灰度級(jí)范圍又小，分不清物體的灰度層次和細(xì)節(jié) 采用一般的灰度線性變換是不行的，因?yàn)閿U(kuò)展灰度級(jí)雖可以提高物體圖像的反差，但會(huì)使動(dòng)態(tài)范圍更大，而壓縮灰度級(jí)，雖可以減少動(dòng)態(tài)范圍，但物體灰度層次和細(xì)節(jié)都不清晰 采用圖像同態(tài)濾波方法，如果使用合適的濾波特性函數(shù)，可以達(dá)到既壓縮灰度

8、動(dòng)態(tài)范圍，又能讓感興趣的物體部分灰度級(jí)擴(kuò)展，從而使圖像清晰第16頁(yè)/共27頁(yè)第15頁(yè)/共27頁(yè) 同態(tài)濾波是一種在頻域中同時(shí)將圖像亮度范圍進(jìn)行壓縮和將圖像對(duì)比度進(jìn)行增強(qiáng)的方法即把頻率過濾和灰度變換結(jié)合起來 以圖像的照明反射模型作為頻域處理的基礎(chǔ)，設(shè)自然景物的圖像f(x,y)可以表示成它的照度分量i(x,y)與反射分量r(x,y)的乘積 照度分量集中在低頻段，描述景物的照明，與景物無關(guān) 反射分量集中在高頻段，描述景物的細(xì)節(jié) ，與照明無關(guān)),(),(),(yxryxiyxf第17頁(yè)/共27頁(yè)第16頁(yè)/共27頁(yè)同態(tài)濾波同態(tài)濾波 ),(),(),(yxryxiyxf),(ln),(ln),(lnyxry

9、xiyxf),(),(),(vuRvuIvuF第18頁(yè)/共27頁(yè)第17頁(yè)/共27頁(yè)同態(tài)濾波同態(tài)濾波 ),(),(),(),(),(),(vuRvuHvuIvuHvuFvuH),(),(),(yxhyxhyxhrif| ),(|exp| ),(|exp| ),(|exp),(yxhyxhyxhyxgrif第19頁(yè)/共27頁(yè)第18頁(yè)/共27頁(yè)同態(tài)濾波同態(tài)濾波 第20頁(yè)/共27頁(yè)第19頁(yè)/共27頁(yè)關(guān)鍵：在頻率域?qū)﹃P(guān)鍵：在頻率域?qū)?I(u,v) 和和R(u.v) 分別進(jìn)行修正分別進(jìn)行修正照度分量變化緩慢，但變化幅度很大，使圖像的動(dòng)態(tài)照度分量變化緩慢，但變化幅度很大，使圖像的動(dòng)態(tài)范圍很寬，占用很大比特?cái)?shù)

10、，對(duì)圖像信號(hào)傳輸、處理和范圍很寬，占用很大比特?cái)?shù)，對(duì)圖像信號(hào)傳輸、處理和存儲(chǔ)提出很高的要求，但它又不包含多少信息量，因此存儲(chǔ)提出很高的要求，但它又不包含多少信息量，因此將其壓縮將其壓縮反射分量描述的景物，特別是陰影區(qū)（如山溝中的建反射分量描述的景物，特別是陰影區(qū)（如山溝中的建筑物）圖像灰度級(jí)范圍很小，層次不清，細(xì)節(jié)不明，可筑物）圖像灰度級(jí)范圍很小，層次不清，細(xì)節(jié)不明，可這正是人們感興趣的，為此將其擴(kuò)展，以獲得更多的信這正是人們感興趣的，為此將其擴(kuò)展，以獲得更多的信息息將圖像頻譜乘上一個(gè)傳遞函數(shù)將圖像頻譜乘上一個(gè)傳遞函數(shù)H(u,v)的同態(tài)濾波器，圖像在的同態(tài)濾波器，圖像在低頻段被壓縮，在高頻段增

11、強(qiáng)，從而達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的低頻段被壓縮，在高頻段增強(qiáng)，從而達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的),(),(),(),(),(),(vuRvuHvuIvuHvuFvuH第21頁(yè)/共27頁(yè)第20頁(yè)/共27頁(yè) 這樣就獲得了增強(qiáng)后的圖像，顯然針對(duì)圖像本身特性以及實(shí)用需要選用不同形狀的傳遞函數(shù)，就會(huì)對(duì)整個(gè)圖像灰度級(jí)范圍進(jìn)行不同程度的壓縮，而對(duì)其中感興趣的景物灰度級(jí)進(jìn)行不同的擴(kuò)展，從而得到合適的層次和細(xì)節(jié)。 第22頁(yè)/共27頁(yè)第21頁(yè)/共27頁(yè)同態(tài)濾波同態(tài)濾波 第23頁(yè)/共27頁(yè)第22頁(yè)/共27頁(yè)局部增強(qiáng) 前面都可以認(rèn)為是對(duì)整幅圖像進(jìn)行操作。在實(shí)際中，對(duì)某些局部信息感興趣，其象素?cái)?shù)量相對(duì)于整幅圖像的象素?cái)?shù)量往往較小，利用整幅圖像算得的變換或轉(zhuǎn)移函數(shù)并不能保證在這些局部區(qū)域能得到增強(qiáng)效果直方圖變換是空域增強(qiáng)中最常用的方法，也容易用于局直方圖變換是空域增強(qiáng)中最常用的方法，也容易用于局部增強(qiáng)。部增強(qiáng)。第24頁(yè)/共27頁(yè)第23頁(yè)/共27頁(yè)彩色圖像增強(qiáng) 人眼只能分辯幾十種不同