數(shù)字圖像處理清華劉直芳圖像增強下PPT課件

1、在具體增強應(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(3) 轉(zhuǎn)換回空域4.1 頻域增強原理 ),( ),(H1yxfTETyxg第2頁/共27頁第1頁/共27頁卷積定理增 強 圖步 驟(1) 計算圖象的變換(2) 在頻域濾波(3) 反變換回圖象空間頻域濾波低通，高通，帶通/帶阻，同態(tài)),(),(),(vuFvuHvuG),(),(),(1vuFvuHyxg-T4.1 頻域增強原理第3頁/共27頁第2頁/共27頁 頻率域增強技術(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/共27頁第3頁/共27頁頻域圖像平滑（低通）濾波圖像中的邊緣和噪聲都對應(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)為頻率平面上的點為頻率平面上的點(u,v)到原點的距離到原點的距離不同的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/共27頁第4頁/共27頁理想低通濾波器，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算機模擬實現(xiàn)，但卻不能用電理想低通濾波器可以用計算機模擬實現(xiàn)，但卻不能用電子元器件來實現(xiàn)。子元器件來實現(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，但在處理過程中會產(chǎn)生較嚴重的

4、模糊和振鈴現(xiàn)象。程中會產(chǎn)生較嚴重的模糊和振鈴現(xiàn)象。D0越小，這種現(xiàn)越小，這種現(xiàn)象越嚴重。這是理想濾波器不可克服的弱點。象越嚴重。這是理想濾波器不可克服的弱點。第6頁/共27頁第5頁/共27頁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/共27頁第6頁/共27頁實例(a) (b) (c)(d) (e) (f) (g)第8頁/共27頁第7頁/共27頁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) 物理上可實現(xiàn)（理想低通濾波器在數(shù)學(xué)上定義得很清楚，在計算機

5、模擬中也可實現(xiàn)，但在截斷頻率處直上直下的理想低通濾波器是不能用實際的電子器件實現(xiàn)的）第9頁/共27頁第8頁/共27頁 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平滑的過渡帶一個平滑的過渡帶。通常把。通常把H(u,v)下降到某一值得那點定位截止頻率下降到某一值得那點定位截止頻率D0。第10頁/共27頁第9頁/共27頁(a) (b) (c)(d) (e) (f)第11頁/共27頁第10頁/共27頁 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，因為它的H(u,v)不是陡峭的截止特性，它的尾部會包含

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/共27頁第11頁/共27頁頻域圖像銳化濾波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，對圓外的頻率成分則無損通過。可以通過計算機模掉，對圓外的頻率成分則無損通過?？梢酝ㄟ^計算機模擬實現(xiàn)，但不可能用電子元器件實現(xiàn)。擬實現(xiàn)，但不可能用電子元器件實現(xiàn)。0 D(u,v)D01 D(u,v)D0),(vuH第13頁/共27頁第12頁/共27頁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/共27頁第13頁/共27頁結(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/共27頁第14頁/共27頁同態(tài)濾波 在實際工作中，存在一類圖像，灰度級動態(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范圍又小，分不清物體的灰度層次和細節(jié) 采用一般的灰度線性變換是不行的，因為擴展灰度級雖可以提高物體圖像的反差，但會使動態(tài)范圍更大，而壓縮灰度級，雖可以減少動態(tài)范圍，但物體灰度層次和細節(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)，可以達到既壓縮灰度

8、動態(tài)范圍，又能讓感興趣的物體部分灰度級擴展，從而使圖像清晰第16頁/共27頁第15頁/共27頁 同態(tài)濾波是一種在頻域中同時將圖像亮度范圍進行壓縮和將圖像對比度進行增強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，描述景物的細節(jié) ，與照明無關(guān)),(),(),(yxryxiyxf第17頁/共27頁第16頁/共27頁同態(tài)濾波同態(tài)濾波 ),(),(),(yxryxiyxf),(ln),(ln),(lnyxry

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

10、，對圖像信號傳輸、處理和范圍很寬，占用很大比特數(shù)，對圖像信號傳輸、處理和存儲提出很高的要求，但它又不包含多少信息量，因此存儲提出很高的要求，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）圖像灰度級范圍很小，層次不清，細節(jié)不明，可筑物）圖像灰度級范圍很小，層次不清，細節(jié)不明，可這正是人們感興趣的，為此將其擴展，以獲得更多的信這正是人們感興趣的，為此將其擴展，以獲得更多的信息息將圖像頻譜乘上一個傳遞函數(shù)將圖像頻譜乘上一個傳遞函數(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，從而達到圖像增強的目的低頻段被壓縮，在高頻段增強，從而達到圖像增強的目的),(),(),(),(),(),(vuRvuHvuIvuHvuFvuH第21頁/共27頁第20頁/共27頁 這樣就獲得了增強后的圖像，顯然針對圖像本身特性以及實用需要選用不同形狀的傳遞函數(shù)，就會對整個圖像灰度級范圍進行不同程度的壓縮，而對其中感興趣的景物灰度級進行不同的擴展，從而得到合適的層次和細節(jié)。 第22頁/共27頁第21頁/共27頁同態(tài)濾波同態(tài)濾波 第23頁/共27頁第22頁/共27頁局部增強 前面都可以認為是對整幅圖像進行操作。在實際中，對某些局部信息感興趣，其象素數(shù)量相對于整幅圖像的象素數(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)域能得到增強效果直方圖變換是空域增強中最常用的方法，也容易用于局直方圖變換是空域增強中最常用的方法，也容易用于局部增強。部增強。第24頁/共27頁第23頁/共27頁彩色圖像增強 人眼只能分辯幾十種不同