數(shù)字圖像處理：Ch3 灰度變換與空間濾波-1

1、復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋編程工具M(jìn)atlab簡單介紹MATLAB是MATrixLABoratory （矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫，是一款由美國The MathWorks公司出品的商業(yè)軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言。復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋編程工具M(jìn)atlab簡單介紹習(xí)慣C+編程的同學(xué)，推薦使用OpenCV關(guān)于“不能采用一句話代碼”（注意：指核心算法）復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于插值利用鄰域的像素來估計(jì)新的像素值的處理過程叫做插值。常用插值算法有：最近鄰插值（ Nearest Neighbor Interpolation）雙線性插值（Bilinear Interpolatio

2、n） 雙立方插值（Bicubic Interpolation） （擴(kuò)展）復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于插值以放大為例示意插值原理放大4倍復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于插值最近鄰插值(Nearest Neighbor Interpolation) 復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于插值雙線性插值（Bilinear Interpolation）雙線性插值涉及幾次線性插值？三次復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于插值雙立方插值（Bicubic Interpolation） 復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于插值除了放大，插值的其他應(yīng)用場合？雙線性插值放大雙立方插值放大復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于必做題作業(yè)復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于必做題作業(yè)Original image for this e

3、xample courtesy of NASA復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋關(guān)于陰影校正復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋幾何運(yùn)算x0=r*cos(b)； y0=r*sin(b)平移旋轉(zhuǎn)復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋幾何運(yùn)算水平鏡像YXhw轉(zhuǎn)置放縮多種幾何變換如何實(shí)現(xiàn)？（復(fù)合變換）復(fù)習(xí)&補(bǔ)充解釋判斷以下說法對(duì)錯(cuò)256級(jí)的圖像只能是灰度圖求鄰域平均值可以用模板運(yùn)算實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)置操作等同旋轉(zhuǎn)90度圖像分辨率越高，圖像質(zhì)量越好相比計(jì)算機(jī)視覺而言，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理的相關(guān)性更大Ch3 灰度變換與空間濾波本章題目剖析1. 灰度變換：改變灰度圖像中像素的值2. 空間濾波：通過空域模板運(yùn)算接受或拒絕一定頻率分量3. 本章灰度變換與空間濾波的目的（應(yīng)用）：圖像增

4、強(qiáng)圖像增強(qiáng)：將圖像中感興趣的特征(如邊緣、輪廓、對(duì)比度等)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或有選擇的突出，同時(shí)衰減其它不需要的特征，以便于顯示、觀察或分析，此種圖像處理稱為圖像增強(qiáng)（Image Enhancement）。 Ch3 灰度變換與空間濾波本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握基于灰度變換與空間濾波實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)的方法。3.1 背景知識(shí) 3.2 基本灰度變換函數(shù)3.3 直方圖處理 3.4 空間域?yàn)V波基礎(chǔ)3.5 平滑空間濾波器3.6 銳化空間濾波器空間濾波173.1 背景知識(shí) 在獲取、傳輸?shù)冗^程中，由于多種因素影響，圖像質(zhì)量下降。模糊：邊界處變化平緩3.1 背景知識(shí)256個(gè)灰度級(jí)對(duì)比度低：低對(duì)比度（照明不足、相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍小） 在獲

5、取、傳輸?shù)冗^程中，由于多種因素影響，圖像質(zhì)量下降。3.1 背景知識(shí)噪聲 在獲取、傳輸?shù)冗^程中，由于多種因素影響，圖像質(zhì)量下降。203.1 背景知識(shí)圖像質(zhì)量問題如下：圖像模糊問題：圖像模糊不清，甚至嚴(yán)重失真對(duì)比度問題：對(duì)比度局部或全部偏低噪聲干擾問題：圖像蒙受干擾和破壞 在獲取、傳輸和變換過程中，由于多種因素影響，圖像質(zhì)量下降。3.1 背景知識(shí) 圖像增強(qiáng)，限于利用空域（或頻域）鄰域信息，提升對(duì)比度、去噪等的基本操作，不包含使用遠(yuǎn)距離圖像信息或者結(jié)構(gòu)等復(fù)雜屬性信息提高圖像質(zhì)量的方法。圖像增強(qiáng)的主要方法空間域方法:直接以圖像中的像素操作為基礎(chǔ)灰度變換（強(qiáng)度映射、點(diǎn)處理）直接灰度變換直方圖處理（直方圖

6、均衡化、直方圖匹配）關(guān)鍵：尋找一個(gè)合適的變換函數(shù)T空間域?yàn)V波（模板處理）平滑空間濾波器銳化空間濾波器關(guān)鍵：尋找一個(gè)合適的模板（濾波核）23令f (x,y)表示輸入圖像，g(x,y)表示處理之后的輸出圖像；如輸出圖像 g(x,y)任意點(diǎn)(x,y)的灰度值僅依賴于輸入圖象f (x,y)在(x,y)像素點(diǎn)的灰度值，則T定義的操作被稱為灰度變換函數(shù)（又稱灰度映射） 。令 r和s分別表示輸入圖像f (x,y)和輸出圖像g(x,y)在任意點(diǎn)(x,y)的灰度級(jí)（值），灰度變換可表示為：灰度變換24灰度變換的關(guān)鍵：是根據(jù)要解決的圖象增強(qiáng)問題，選擇合適的灰度變換函數(shù) Tr。根據(jù)灰度變換函數(shù) Tr選擇方法的不同，

7、灰度變換可分為：直方圖處理方法和直接灰度變換?；叶茸儞Q253.2 基本灰度變換函數(shù) 根據(jù)問題，直接選擇灰度變換函數(shù)s=T(r) ,實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)。主要處理對(duì)比度、灰度動(dòng)態(tài)范圍等問題。 常用的變換函數(shù)有： （1）線性函數(shù)（正比、反比、分段線性函數(shù)） （2）對(duì)數(shù)函數(shù) （3）冪律函數(shù)（n次冪和n次方根函數(shù)） （4）其它特殊非線性函數(shù) 26一、線性變換一、線性變換Matlab實(shí)驗(yàn)28當(dāng)輸入圖像的灰度級(jí)范圍為0, L-1 的圖像反轉(zhuǎn)操作可由反比變換獲得，表達(dá)式為： s = L-1-r一、圖像反轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)圖像的強(qiáng)度產(chǎn)生圖像反轉(zhuǎn)的對(duì)等圖像：尤其適用于增強(qiáng)嵌入圖像暗色區(qū)域的白色或灰色細(xì)節(jié)，特別是當(dāng)黑色面積占主導(dǎo)地位

8、時(shí)。二、對(duì)數(shù)變換與增強(qiáng)對(duì)比度相反，對(duì)數(shù)變換常用于圖像的動(dòng)態(tài)范圍壓縮。適用環(huán)境：有時(shí)原圖的動(dòng)態(tài)范圍太大，超出某些顯示設(shè)備的允許動(dòng)態(tài)范圍，如直接使用原圖，則一部分細(xì)節(jié)可能丟失。經(jīng)過動(dòng)態(tài)范圍壓縮后顯示，能夠更清晰顯示原圖。30示例：傅里葉頻譜的像素值有很大的動(dòng)態(tài)范圍：從0到106或更高。用8比特系統(tǒng)線性縮放顯示時(shí)，最亮的像素將支配該顯示，而頻譜中的低值細(xì)節(jié)會(huì)在顯示時(shí)丟失。對(duì)數(shù)變換后31 冪律變換的基本形式為：三、冪律（伽馬）變換其中c和為正常數(shù)。 取不同值時(shí)的變換曲線(c=1)示例：陰極射線管( CRT)裝置有一個(gè)電壓-強(qiáng)度響應(yīng)，這是一個(gè)指數(shù)變化范圍為1.82.5的冪函數(shù)： 。這樣的顯示系統(tǒng)傾向于產(chǎn)

9、生比希望的效果更暗的圖像。 在此情況下，伽馬校正是將圖像輸人到監(jiān)視器前進(jìn)行預(yù)處理，即進(jìn)行變換： 32伽馬校正：冪次等式中的指數(shù)是指伽馬值，用于修正冪次響應(yīng)現(xiàn)象的過程稱做伽馬校正。 三、冪律（伽馬）變換伽馬校正示例(c=1)：原圖伽馬校正示例(c=1)：原圖拐點(diǎn)(r1, s1) 和(r2, s2)的位置控制了變換函數(shù)的形狀，一般假定r1 r2 且s1 s2 ，保證變換函數(shù)為單值單調(diào)增加。四、分段線性變換函數(shù)對(duì)比度拉伸思考：如果r1=r2,s1=0,s2=L-1, 曲線形狀是？作用是？如果r1=s1且r2=s2呢？37分段線性對(duì)比度拉伸示例灰度級(jí)分層（ Gray-level slicing） 突出

10、圖像中特定灰度范圍部分，用于增強(qiáng)特征或瑕疵。四、分段線性變換函數(shù)灰度級(jí)分層方法1：突出范圍A,B內(nèi)的灰度，而將所有其他灰度降低到一個(gè)更低的級(jí)別；方法2：突出范圍A,B內(nèi)的灰度，保持其他所有灰度級(jí)不變39灰度級(jí)分層增強(qiáng)圖像示例關(guān)于灰度變換的實(shí)現(xiàn)問題可采用查找表實(shí)現(xiàn)圖像灰度變換。查找表的索引是原來的灰度值，表的內(nèi)容是變換后的值。0348Index(r): 0 1 2 3 4 5 252 253 254 255 s原圖變換后的圖Matlab函數(shù): imadjust() 本講作業(yè)選做題作業(yè)編號(hào)：CH3-1描述：生成一幅動(dòng)態(tài)范圍為0,65535的中心向外輻射的灰度圖像，分別利用線性變換和對(duì)數(shù)變換，將其變換到0,255灰度范圍內(nèi)，并顯示。核心計(jì)算過程不能采用一句話代碼。作業(yè)提交時(shí)間：布置作業(yè)