




版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、4.0 概述4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)4.2 圖像的直方圖修正4.3 圖像平滑4.4 圖像銳化4.5 圖像的同態(tài)濾波4.6 圖像的彩色增強(qiáng)第4章 圖像增強(qiáng) 一、什么是圖象增強(qiáng)? 圖像增強(qiáng)是對(duì)圖像進(jìn)行加工,以得到對(duì)具體應(yīng)用來(lái)說(shuō)視覺(jué)效果更“好”,或更“有用”的圖像處理技術(shù)。 二、為什么要增強(qiáng)圖象? 圖像在生成、傳輸或者處理過(guò)程中會(huì)引入噪聲或使圖像變模糊,從而降低了圖像質(zhì)量,甚至淹沒(méi)了特征,給分析帶來(lái)了困難。 4.0 概 述4.0 概 述三、目的: (1)改善圖像的視覺(jué)效果,提高圖像的清晰度; (2)將圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器分析處理的形式。注意:在圖像增強(qiáng)的過(guò)程中,沒(méi)有新信息的增加,只是通過(guò)壓
2、制一部分信息,從而突出另一部分信息。四、 圖象增強(qiáng)方法分類和方法過(guò)程 空域法:直接對(duì)圖像的像素灰度值進(jìn)行操作。包括圖像 的灰度變換、直方圖修正、平滑和銳化處理、彩色增強(qiáng) 等。 頻域法:在圖像的變換域中,對(duì)圖像的變換值進(jìn)行操 作,然后經(jīng)逆變換獲得所需的增強(qiáng)結(jié)果。 常用的方法包括低通濾波、高頻提升濾波以及同態(tài)濾波 法等。 4.0 概 述圖像增強(qiáng) 目的: 一是改善圖像的視覺(jué)效果,提高圖像的清晰度; 二是將圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器分析處理的形式。 分類: 空域法:直接對(duì)圖像的像素灰度值進(jìn)行操作。包括圖像的灰度變換、直方圖修正、圖像空域平滑和銳化處理、彩色增強(qiáng)等。 頻域法:在圖像的變換域中,對(duì)圖像
3、的變換值進(jìn)行操作,然后經(jīng)逆變換獲得所需的增強(qiáng)結(jié)果。常用的方法包括低通濾波、高頻提升濾波以及同態(tài)濾波等。 4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)圖像對(duì)比度增強(qiáng)定義 采用圖像灰度值變換的方法,即改變圖像像素的灰度值,以改變圖像灰度的動(dòng)態(tài)范圍,增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。設(shè)原圖像為f(m,n),處理后為g(m,n),則對(duì)比度增強(qiáng)可表示為 其中, 表示增強(qiáng)圖像和原圖像的灰度變換關(guān)系(函數(shù))。 4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)灰度線性變換 灰度的線性變換:設(shè)原圖像灰度值 , 線性變換后的取值 ,則線性變換如圖4.1.1所示。變換關(guān)系式為其中 稱為變換函數(shù)(直線)的斜率。4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)bacdbadc圖
4、4.1.1 灰度線性變換關(guān)系。 (a) (b) (a) (b)根據(jù)a,b和c,d的取值大小可有如下幾種情況:(1)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍:若 ,即 ,則結(jié)果會(huì)使圖像灰度取值的動(dòng)態(tài)范圍展寬,這樣就可改善曝光不足的缺陷,或充分利用圖像顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍。(2)改變?nèi)≈祬^(qū)間:若 ,即 ,則變換后灰度動(dòng)態(tài)范圍不變,但灰度取值區(qū)間會(huì)隨a和c的大小而平移。(3)縮小動(dòng)態(tài)范圍:若 ,即 ,則變換后圖像動(dòng)態(tài)范圍會(huì)變窄。(4)反轉(zhuǎn)或取反:若 ,即對(duì)于 ,有 則變換后圖像的灰度值會(huì)反轉(zhuǎn),即原亮的變暗,原暗的變亮。在 時(shí), 即為 的取反。 4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng) 灰度分段線性變換 (1) 擴(kuò)展感興趣的,犧牲其它 對(duì)于感興趣
5、的a,b區(qū)間,采用斜率大于1的線性變換來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展,而把其它區(qū)間用c或d來(lái)表示。變換函數(shù)為(2) 擴(kuò)展感興趣的,壓縮其它 在擴(kuò)展感興趣的a,b區(qū)間的同時(shí),為了保留其它區(qū)間的灰度層次,也可以采用其它區(qū)間壓縮的方法,即有擴(kuò)有壓。變換函數(shù)為4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)bacdbaMNcd4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng) 圖4.1.2 灰度分段線性變換關(guān)系(a)擴(kuò)展感興趣的,犧牲其它; (b)擴(kuò)展感興趣的,壓縮其它。4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng) 圖4.1.3 圖像灰度的線性變換示例(a)原圖像;(b)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍;(c)圖像取反;(d)有擴(kuò)有壓?;叶鹊姆蔷€性變換 常用的灰度非線性變換方法包括: 1. 對(duì)數(shù)變換 對(duì)數(shù)變換
6、的一般表達(dá)式為 其中為一個(gè)調(diào)節(jié)常數(shù),用它來(lái)調(diào)節(jié)變換后的灰度值,使其符合實(shí)際要求。對(duì)數(shù)變換的作用是擴(kuò)展圖像的低灰度范圍,同時(shí)壓縮高灰度范圍,使得圖像灰度分布均勻,與人的視覺(jué)特性相匹配。4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng)4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng) 圖4.1.4 對(duì)數(shù)變換應(yīng)用示例。(a)圖像;(b)圖像的傅立葉譜;(c)圖(b)的對(duì)數(shù)變換效果;(d)對(duì)數(shù)變換關(guān)系(=1)2. 冪變換 與對(duì)數(shù)變換的效果相反,指數(shù)變換使得高灰度范圍得到擴(kuò)展,而壓縮了低灰度范圍,其一般表達(dá)式為 其中和為常數(shù)。為避免底數(shù)為0的情況,增加偏移量。值的選擇對(duì)于變換函數(shù)的特性有很大影響,當(dāng)1時(shí)會(huì)將原圖像的灰度向高亮度部分映射,當(dāng)1時(shí)向低亮度部
7、分映射,而當(dāng)=1時(shí)相當(dāng)于正比變換。灰度冪變換的圖像示例如圖4.1.5所示。4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng) 圖4.1.5 取不同值的冪變換結(jié)果對(duì)比。(a)原圖像;(b)=0.7時(shí)的變換結(jié)果;(c)=1.7時(shí)的變換結(jié)果。4.1 圖像的對(duì)比度增強(qiáng) 概述 定義:灰度直方圖定義為數(shù)字圖像中各灰度級(jí)與其出現(xiàn)的頻數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,可表示為: 且 。其中,k為圖像的第k級(jí)灰度值,nk 是f(m,n)中灰度值為k的像素個(gè)數(shù),n是圖像的總像素個(gè)數(shù),L是灰度級(jí)數(shù)。 4.2 圖像的直方圖修正 性質(zhì):1. 直方圖的位置缺失性 2. 直方圖與圖像的一對(duì)多特性 3. 直方圖的可疊加性 灰度動(dòng)態(tài)范圍較窄觀察直方圖分布灰度動(dòng)態(tài)范圍變寬
8、觀察直方圖分布 直方圖修正的應(yīng)用非常廣泛。例如:在醫(yī)學(xué)上,為了改善X射線機(jī)操作人員的工作條件,可以采用低強(qiáng)度X射線曝光,但是這樣獲得的X光片灰度級(jí)集中在暗區(qū),許多圖像細(xì)節(jié)無(wú)法看清,判讀困難,通過(guò)修正使灰度級(jí)分布在人眼合適的亮度區(qū)域,就可以使X光片中的細(xì)節(jié)如筋骨、關(guān)節(jié)等清晰可見。4.2 圖像的直方圖修正 直方圖與圖像清晰性的關(guān)系: 直方圖反映了圖像的清晰程度,當(dāng)直方圖均勻分布時(shí),圖像最清晰。由此,我們可以利用直方圖來(lái)達(dá)到使圖像清晰的目的。 直方圖均衡化 直方圖均衡化就是通過(guò)原始圖像的灰度非線性變換,使其直方圖變成均勻分布,以增加圖像灰度值的動(dòng)態(tài)范圍,從而達(dá)到增強(qiáng)圖像整體對(duì)比度,使圖像變清晰的效果
9、。 圖像灰度變換函數(shù)條件:(1)對(duì) , 是單調(diào)增函數(shù);(2)對(duì) , 。同理,反變換 應(yīng)也滿足單調(diào)增。4.2 圖像的直方圖修正條件(1)保證了灰度級(jí)從黑到白的次序,而條件(2)確保映射后的像素灰度級(jí)仍在允許的灰度級(jí)范圍內(nèi),避免整個(gè)圖像明顯變亮或者變暗。 為反變換函數(shù),也同樣滿足上述的兩個(gè)條件。由概率論理論可推導(dǎo)出直方圖均衡化的變換函數(shù)上式右邊為直方圖 的累積分布函數(shù),是一種灰度非線性變換。 對(duì)于離散的數(shù)字圖像,由于灰度取值的離散性,設(shè)原圖像的灰度級(jí)為 k=0,1,L-1,用頻率來(lái)代替概率,則變換函數(shù)T(rk)的離散形式可表示為: 上式表明,均衡后各像素的灰度值sk可直接由原圖像的直方圖算出。4.
10、2 圖像的直方圖修正直方圖均衡化的計(jì)算過(guò)程如下:(1)列出原始圖像和變換后圖像的灰度級(jí): ,其中L是灰度級(jí)數(shù);(2)統(tǒng)計(jì)原圖像各灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù) ;(3)計(jì)算原始圖像直方圖: ,n為原始圖像像素總個(gè)數(shù);(4)計(jì)算累積直方圖: ;(5)利用灰度變換函數(shù)計(jì)算變換后的灰度值,并四舍五入取整: (6)確定灰度變換關(guān)系 i-j ,據(jù)此將原圖像的灰度值 修正為 ; (7)統(tǒng)計(jì)變換后各灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù) ;(8)計(jì)算變換后圖像的直方圖: 。4.2 圖像的直方圖修正例4.1 設(shè)有一幅大小為6464,包含灰度值是07的8個(gè)灰度級(jí)的數(shù)字圖像,其各灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)見表4.2.1所示,要求對(duì)其進(jìn)行直方圖均衡化,求出灰度
11、變換關(guān)系和變換后的直方圖。表4.2.1 圖像各灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)灰度級(jí)(i)01234567像素個(gè)數(shù)(ni)7861020852650333245130804.2 圖像的直方圖修正計(jì)算累積直方圖:計(jì)算變換后的灰度值:確定灰度變換關(guān)系:統(tǒng)計(jì)變換后各灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)計(jì)算變換后圖像的直方圖:計(jì)算原始直方圖:0.110.24 0.210.250.19845598385210207867 5,6,773,4625130167776653151.000.980.950.890.810.650.440.1940.020.030.060.080.160.210.250.193801302453336508521
12、020786 統(tǒng)計(jì)原圖像各灰度級(jí)像素個(gè)數(shù)ni276543210列出圖像灰度級(jí)(i或j)1計(jì)算結(jié)果計(jì)算方法或公式步驟1/7=0.14 2/7=0.29 3/7=0.43 4/7=0.57 5/7=0.71 6/7=0.86 圖4.2.3給出了直方圖均衡化的示意圖。從圖和表中可以看出,由于數(shù)字圖像灰度取值的離散性,通過(guò)四舍五入使變換后的灰度值出現(xiàn)了歸并現(xiàn)象,而使變換后的直方圖并非完全均勻分布,但相比于原直方圖要平坦得多。圖4.2.3 直方圖均衡化的示意圖(a)原始直方圖P(i);(b)累計(jì)直方圖Pi ;(c)均衡化后的直方圖P(j)。4.2 圖像的直方圖修正4.2 圖像的直方圖修正(a) (b)(
13、c) (d)圖4.2.4 直方圖均衡化的示例均衡化前均衡化后 直方圖規(guī)定化(匹配) 直方圖均衡化能自動(dòng)增強(qiáng)整個(gè)圖像對(duì)比度,結(jié)果得到全局均勻化的直方圖,但實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)要求突出感興趣灰度范圍,即修正直方圖使其具有要求的形式。 圖4.2.5 幾種給定形狀的直方圖 (a)原直方圖;(b)正態(tài)擴(kuò)展直方圖;(c)均勻化直方圖;(d)暗區(qū)擴(kuò)展直方圖 (e)亮區(qū)擴(kuò)展直方圖。(a)(b)(c)(d)(e)4.2 圖像的直方圖修正數(shù)字圖像直方圖規(guī)定化的方法步驟如下:(1) 對(duì)原直方圖均衡化,即求其累計(jì)直方圖 : (2) 對(duì)規(guī)定直方圖均衡化,即求其累計(jì)直方圖 : (3) 按 最靠近的原則進(jìn)行 的變換;(4) 求出
14、 的變換函數(shù),對(duì)原圖像進(jìn)行灰度變換 。其中, 為原數(shù)字圖像的直方圖, 為規(guī)定直方圖,i和j分別為原圖像和期望圖像的灰度級(jí),且具有相同的取值范圍,即 。4.2 圖像的直方圖修正4.2 圖像的直方圖修正例4.2 對(duì)例4.1所給的圖像進(jìn)行直方圖規(guī)定化處理。給定的規(guī)定直方圖如表4.2.4所示。表4.2.4 規(guī)定直方圖圖4.2.6給出了直方圖規(guī)定化的示意圖。從圖4.2.6可看出,經(jīng)直方圖規(guī)定化變換后的圖像的直方圖(稱為匹配直方圖),并非完全與規(guī)定直方圖相同,但相比于原直方圖,匹配直方圖要更接近于規(guī)定直方圖。圖像灰度級(jí) j01234567規(guī)定直方圖 00000.20.30.30.2步驟計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果1列
15、出圖像灰度級(jí)i,j012345672計(jì)算原始直方圖Pr(i)0.190.250.210.160.080.060.030.023列出規(guī)定直方圖Pz(j)00000.20.30.30.24計(jì)算原始累計(jì)直方圖Pi0.190.440.650.810.890.950.981.005計(jì)算規(guī)定累計(jì)直方圖Pj00000.200.500.801.06按照PjPi找到i對(duì)應(yīng)的j456677777確定變換關(guān)系ij04152, 364, 5, 6, 778求變換后的匹配直方圖P(j)00000.190.250.370.194.2 圖像的直方圖修正4.2 圖像的直方圖修正圖4.2.6 直方圖規(guī)定化的示意圖 (a)原圖像
16、直方圖;(b)規(guī)定直方圖;(c)變換后的匹配直方圖。4.2 圖像的直方圖修正圖4.2.7 直方圖均衡化(規(guī)定化)的示例。 (a)原圖像; (b)直方圖均衡化后的圖像; (c)直方圖規(guī)定化后的圖像; (d)原圖像的直方圖; (e)均衡化后的直方圖 (f) 規(guī)定直方圖4.3 圖像平滑目的:去除或衰減圖像中噪聲和假輪廓;方法分類:空域和頻域方法。一、 空域平滑法(一)鄰域(局部)平均法1. 定義:用某點(diǎn)鄰域的灰度平均值來(lái)代替該點(diǎn)的灰度值;2. 公式: 4-鄰域平均: 8-鄰域平均:3. 特性(1)假定: 圖像由許多灰度級(jí)相近(恒定)的小塊組成; 噪聲(m,n)是加性、均值為 0,方差為 ,且與 圖像
17、不相關(guān)的白噪聲。 4.3 圖像平滑(2) 含噪聲圖像 f=fs+, 則上式第 2 項(xiàng)的 E=0,D= ,故減少了噪聲。(3)帶來(lái)問(wèn)題:使目標(biāo)物輪廓或細(xì)節(jié)(邊緣)變模糊。4.3 圖像平滑(a) 原圖 像 (b)加噪圖像 (c)4鄰域平均 (d)8鄰域平均 圖4.3.3 圖像鄰域平均示例 (二)閾值平均法 為克服鄰域平均使圖像變模糊的缺點(diǎn),可以采用加門限的方法來(lái)減少這種模糊。具體計(jì)算公式是: 其中的門限T通常選擇為 , 表示圖像的均方差。但實(shí)際應(yīng)用中,門限T要利用經(jīng)驗(yàn)值和多次試驗(yàn)來(lái)獲得。這種方法對(duì)抑制椒鹽噪聲比較有效,同時(shí)也能較好地保護(hù)僅有微小變化差的目標(biāo)物細(xì)節(jié)。4.3 圖像平滑(三)加權(quán)平均法
18、用鄰域內(nèi)灰度值及本點(diǎn)灰度加權(quán)值來(lái)代替該點(diǎn)灰度值 1.公式: 2.加門限的加權(quán)平均法 3. 特點(diǎn):既平滑了噪聲,又保證邊緣不至于模糊。4.3 圖像平滑(四)模板平滑法 : 以上方法可歸結(jié)為消噪掩模法(模板平滑法)4.3 圖像平滑基于模板的處理,相當(dāng)于模板與原圖像的卷積。即 (4.3.11)不失一般性,若設(shè)33的模板W(比例因子為C)為 (4.3.12)以(m,n)為中心與模板大小相同的圖像塊為 (4.3.13)則與W的卷積就等于像素點(diǎn)在模板大小(這里為33)區(qū)域內(nèi)的線性組合,或F與W的點(diǎn)乘,即 (4.3.14)(四)模板平滑法 : 以上方法可歸結(jié)為消噪掩模法(1)鄰域平均4-鄰域平均: 8-鄰域
19、平均:(2)加權(quán)平均4-鄰域加權(quán)平均: 8-鄰域加權(quán)平均: (權(quán)值M=1), (權(quán)值M=2), (權(quán)值M=1), (權(quán)值M=2),4.3 圖像平滑1. 根據(jù)實(shí)際需要,我們可以設(shè)計(jì)其它具有不同特性的平滑模板,如:2. 用模板對(duì)原圖像從第 2 行第 2 列開始逐點(diǎn)移動(dòng)模板計(jì)算。 (注:圖像四周邊界一般不處理(不考慮)3. 平滑模板特點(diǎn)(1) 模板內(nèi)系數(shù)全為正,表示求和;所乘的小于1的系數(shù)表示取平均;(2) 模板系數(shù)之和為1,表示對(duì)常數(shù)圖像處理前后不變,而對(duì)一般圖像而言,處理前后平均亮度基本保持不變。4.3 圖像平滑(五) 灰度最相近的K個(gè)鄰點(diǎn)平均法 該算法的出發(fā)點(diǎn)是:在nn的窗口內(nèi),屬于同一集合體
20、的像素,它們的灰度值將高度相關(guān)。因此,可用窗口內(nèi)與中心像素的灰度最接近的K個(gè)鄰像素的平均灰度來(lái)代替窗口中心像素的灰度值。這就是灰度最相近的K個(gè)鄰點(diǎn)平均法。 較小的K值使噪聲方差下降較小,但保持細(xì)節(jié)效果較好;而較大的K值平滑噪聲較好,但會(huì)使圖像邊緣模糊。 實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)于33的窗口,取K=6為宜。(六) 最大均勻性平滑 為避免消除噪聲引起邊緣模糊,該算法先找出環(huán)繞圖像中每像素的最均勻區(qū)域,然后用這區(qū)域的灰度均值代替該像素原來(lái)的灰度值。(七)有選擇保邊緣平滑法 對(duì)圖像上任一像素(x,y)的55鄰域,采用9個(gè)掩模,其中包括一個(gè)33正方形、4個(gè)五邊形和4個(gè)六邊形。計(jì)算各個(gè)掩模的均值和方差,對(duì)方差進(jìn)行排序
21、,最小方差所對(duì)應(yīng)的掩模區(qū)的灰度均值就是像素(x,y) 的輸出值。 該方法以方差作為各個(gè)區(qū)域灰度均勻性的測(cè)度。若區(qū)域含有尖銳的邊緣,它的灰度方差必定很大,而不含邊緣或灰度均勻的區(qū)域,它的方差就小,那么最小方差所對(duì)應(yīng)的區(qū)域就是灰度最均勻區(qū)域。因此有選擇保邊緣平滑法既能夠消除噪聲,又不破壞區(qū)域邊界的細(xì)節(jié)。(八)多圖像平均法 1. 條件:在相同條件下,得到同一目標(biāo)物的若干幅圖像; 2. 公式: 設(shè) ,則 3. 特性:多圖像平均后,圖像信號(hào)基本不變,而各點(diǎn)噪聲的方差降為單幅圖像中該點(diǎn)噪聲方差的 。從而就抑制了噪聲,相當(dāng)于提高了信噪比。因此,這種平均的消噪思想被廣泛應(yīng)用于強(qiáng)噪聲中的弱目標(biāo)檢測(cè)。 4.3 圖
22、像平滑(a)含噪圖像 (b)4幅圖像平均 (c)8幅圖像平均 (d)16幅圖像平均 圖4.3.4 多圖像平均法消弱隨機(jī)噪聲的示例二、頻域低通濾波法圖4.3.5 頻域低通濾波法的處理過(guò)程1.空域模板平滑法等效于頻域低通濾波法證 若選用平滑模板則平滑公式為4.3 圖像平滑即g(m,n)=1/9f(m-1,n-1)+f(m-1,n)+f(m-1,n+1)+f(m,n-1) +f(m,n)+f(m,n+1)f(m+1,n-1)+f(m+1,n)+f(m+1,n+1)可寫出對(duì)應(yīng)的Z變換式: 以 和 代入上式, 圖4.3.6 加權(quán)平均模板的頻率響應(yīng)得到傅立葉變換式:4.3 圖像平滑 當(dāng) 時(shí), 具有最大值1
23、,這說(shuō)明“直流”分量即圖像的灰度平均值處理前后不變;當(dāng) 或 時(shí),具有最小值0,即高頻得到最大程度的抑制。 2. 用于圖像濾波的幾種低通濾波器(1)理想低通濾波器(ILPF)傳遞函數(shù) 理想低通濾波特性曲線: (a) (b) (c) (d)圖4.3.8 不同截止頻率的理想低通濾波結(jié)果比較。(a)原圖像;(b)、(c)和(d)分別為截止頻率半徑是15、30和80的ILPF濾波結(jié)果。4.3 圖像平滑10.50(2)Butterworth低通濾波器(BLPF)傳遞函數(shù) Butterworth低通濾波器的特性曲線 4.3 圖像平滑 (a) (b) (c) (d) (e)圖4.3.10 不同階數(shù)BLPF低通
24、濾波器中心的灰度級(jí)剖面圖(a)原圖像;(b)(e)所用BLPF的階數(shù)分別為1,2,5,30 (a) (b) (c) (d) 圖4.3.11 不同截止頻率的Butterworth濾波結(jié)果比較(a)加噪原圖像;(b)(d)為二階BLPF濾波結(jié)果,截止頻率半徑分別取15,30,80 4.3 圖像平滑(3)指數(shù)低通濾波器(ELPF)傳遞函數(shù)指數(shù)低通濾波器的特性曲線 (a) (b) (c) (d)圖4.3.14 不同截止頻率的指數(shù)濾波結(jié)果比較(a)含噪原圖像;(b)(d)為ELPF濾波結(jié)果,截止頻率半徑分別取15,30,80 4.3 圖像平滑(4)梯形低通濾波器(TLPF)傳遞函數(shù)梯形低通濾波器的特性曲
25、線:4.3 圖像平滑1H(u,v)D(u,v)D0D10三、中值濾波法(非線性濾波法)中值濾波法的原理:對(duì)一個(gè)窗口(記為W)內(nèi)的所有像素灰度值進(jìn)行排序,取排序結(jié)果的中間值作為W中心點(diǎn)處像素的灰度值。 中值濾波的作用:對(duì)干擾脈沖和點(diǎn)噪聲有良好抑制作用,而對(duì)圖象邊緣能較好地保持的非線性圖象增強(qiáng)技術(shù)。中值濾波的依據(jù):噪聲以孤立點(diǎn)的形式出現(xiàn),這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)很少,而圖像則是由像素?cái)?shù)較多、面積較大的塊構(gòu)成。4.3 圖像平滑三、中值濾波法中值濾波常用窗口: (a)線狀;(b)十字形;(c)X狀;(d)方形;(e)菱形;(f)圓形4.3 圖像平滑(a)(b)(d)(c)(e)(f) 已知原圖象塊(包含點(diǎn)噪
26、聲) 加權(quán)平均法:用模板M1處理,結(jié)果為g1(m,n): 中值濾波法:用模板M2處理,結(jié)果為g2(m,n): 結(jié)論: (1)加權(quán)平均法在濾除點(diǎn)噪聲的同時(shí),使目標(biāo)物邊緣變模糊; (2)中值濾波法在濾除點(diǎn)噪聲的同時(shí),保留了目標(biāo)物邊緣。 中值濾波法的舉例及與平均濾波法的對(duì)比中值濾波的重要特性(1) 對(duì)離散階躍信號(hào)和斜升(或斜降)信號(hào)不產(chǎn)生影響;三、中值濾波法中值濾波的重要特性(2) 連續(xù)個(gè)數(shù)小于窗口寬度一半的離散脈沖將被濾除;窗寬 L=5三、中值濾波法 中值濾波的重要特性(3) 三角形信號(hào)的頂部被削平;三、中值濾波法 中值濾波的重要特性(4) 若C為常數(shù),則也有:其中和很容易證明,因?yàn)闊o(wú)論乘以C還是
27、加上C,都不改變?nèi)≈档拇笮∨判?。但只要舉一個(gè)例子就能說(shuō)明。如若窗寬取5, , 則,而由 和 ,得所以三、中值濾波法(a)(b)(c)(d)(e)(f) 圖4.3.17 一維信號(hào)的平均濾波和中值濾波比較(窗寬為5) (a)階躍信號(hào);(b)斜升信號(hào);(c)單脈沖信號(hào); (d)雙脈沖信號(hào);(e)三脈沖信號(hào);(f)三角形信號(hào)。4.3 圖像平滑原信號(hào)中值濾波后平均濾波后使用中值濾波時(shí)的注意事項(xiàng)(1)中值濾波適合于濾除椒鹽噪聲和干擾脈沖,尤其適合于目標(biāo)物形狀是塊狀時(shí)的圖像濾波。(2)具有豐富尖角幾何結(jié)構(gòu)的圖像,一般采用十字形濾波窗,且窗口大小最好不要超過(guò)圖像中最小目標(biāo)物的尺寸,否則會(huì)丟失目標(biāo)物的細(xì)小幾何特
28、征。(3)需要保持細(xì)線狀及尖頂角目標(biāo)物細(xì)節(jié)時(shí),最好不要采用中值濾波。 4.3 圖像平滑(a)椒鹽噪聲污染的圖像; (b)平均模板的濾波結(jié)果; (c)中值濾波的結(jié)果 圖4.3.18 圖像平均濾波和中值濾波的對(duì)比4.4 圖像銳化 概述 圖像變模糊原因:成像系統(tǒng)聚焦不好或信道過(guò)窄; 平均或積分運(yùn)算; 使目標(biāo)物輪廓變模糊,細(xì)節(jié)、輪廓(邊緣)不清晰。 目的:加重目標(biāo)物輪廓,使模糊圖像變清晰。 方法分類: 空域微(差)分法模糊圖像實(shí)質(zhì)是受到平均或積分運(yùn)算,故對(duì)其進(jìn)行逆運(yùn)算(微分),使圖像清晰; 頻域高頻提升濾波法從頻域角度考慮,圖像模糊的實(shí)質(zhì)是高頻分量被衰減,故可用高頻提升濾波法加重高頻,使圖像清晰。 空
29、域銳化法 微分作為數(shù)學(xué)中求變化率的一種方法,可用來(lái)求解圖像中目標(biāo)物輪廓和細(xì)節(jié)(統(tǒng)稱為邊緣)等突變部分的變化。4.4 圖像銳化 拉普拉斯銳化法連續(xù)圖像 f(x,y)Laplacian 算子: 銳化公式:數(shù)字圖像 f(m,n) 二階微分: 銳化公式: 4.4 圖像銳化 模板銳化法 Laplacian 銳化模板(1)4-鄰模板 W1 (2)8-鄰模板 W4銳化模板特點(diǎn)(1)模板內(nèi)系數(shù)有正有負(fù),表示差分運(yùn)算;(2)模板內(nèi)系數(shù)之和 1( 對(duì)常數(shù)圖像 f(m,n)c,處理前后不變; 對(duì)一般圖像,處理前后平均亮度基本不變)。處理方法:用模板對(duì)原圖像從第 2 行第 2 列開始逐漸移法計(jì)算。(注:圖像四周邊界一
30、般不處理(不考慮)銳化實(shí)質(zhì) 銳化圖像 g(m,n) = 原圖像 f(m,n)+ 加重的邊緣(*微分)4.4 圖像銳化(a) 原始圖象(c) 銳化圖象+=(b) 加重的邊緣銳化圖像(的實(shí)質(zhì))=原圖像+加重的邊緣4.4 圖像銳化 (a)原圖像; (b) ; (c) 。圖4.4.2 不同 取值下的銳化結(jié)果對(duì)比 高頻提升濾波法圖4.4.4 圖像高頻提升濾波法的處理過(guò)程空域模板銳化法等效于頻域高頻提升濾波法 證 若選用Laplacian銳化模板則對(duì)應(yīng)的Z變換式: 4.4 圖像銳化以 和 代入上式,得到傅立葉變換式 圖4.4.5 拉普拉斯銳化模板的頻率響應(yīng) 當(dāng) 時(shí),|H|有最小值1,這說(shuō)明“直流”分量即圖
31、像的灰度平均值處理前后不變;當(dāng) 時(shí), |H|具有最大值為 ( ),即高頻分量得到了提升,也就是圖像的邊緣信息得到了增強(qiáng)。 4.4 圖像銳化 幾種常用的高通濾波器幾種常用高通濾波器的傳遞函數(shù) 4.4 圖像銳化圖4.4.6 高通濾波器H(u, v)的特性曲線。(a)理想高通濾波器;(b)Butterworth高通濾波器;(c)指數(shù)高通濾波器; (d)梯形高通濾波器。4.4 圖像銳化4.4 圖像銳化 (a)原圖像圖4.4.9 取不同截止頻率的高通濾波后圖像的比較。(b)(d)為IHPF濾波結(jié)果,D0 分別15,30,50(e)(g)為BHPF濾波結(jié)果,D0 分別15,30,50(h)(j)為EHPF濾波結(jié)果,D0 分別15,30,50(b) (c) (d) (h) (i) (j) (e) (f) (g) 1. 平滑及銳化時(shí),圖象四周邊界不考慮(不處理); 2. 一般處理時(shí),僅用原圖象進(jìn)行處理(即前面處理結(jié)果不影響后面處理); 3. 平滑及銳化的順序是:先平滑后銳化。圖象平滑銳化時(shí)的注意事項(xiàng) 一幅圖像是由光源的照度分量(也稱照度場(chǎng)) 和目標(biāo)場(chǎng)的反射分量 組成,即 只要
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 了解2024年籃球裁判員考試的原則與試題與答案
- 2024籃球裁判員考試的科學(xué)復(fù)習(xí)法試題及答案
- 游泳救生員崗位職責(zé)與工作要求分析試題及答案
- 2024年游泳救生員危機(jī)處理試題及答案
- 關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài) 2024年籃球裁判員試題及答案
- 模具設(shè)計(jì)中的知識(shí)共享平臺(tái)試題及答案
- 2024年游泳救生員考試準(zhǔn)備中的經(jīng)驗(yàn)分享及試題及答案
- 體育經(jīng)紀(jì)人需了解的行業(yè)動(dòng)態(tài)研究試題及答案
- 農(nóng)作物種子繁育員的行業(yè)認(rèn)知與實(shí)踐試題及答案
- 歷年體育經(jīng)紀(jì)人考試真題解析試題及答案
- 中華人民共和國(guó)學(xué)前教育法解讀
- 美容師考試相關(guān)法律法規(guī)的知識(shí)要點(diǎn)試題及答案
- 2025年形勢(shì)與政策-加快建設(shè)社會(huì)主義文化強(qiáng)國(guó)+第二講中國(guó)經(jīng)濟(jì)行穩(wěn)致遠(yuǎn)
- 激光雷達(dá)筆試試題及答案
- 《運(yùn)動(dòng)處方》課件-高血壓人群運(yùn)動(dòng)處方案例
- 2024年出版專業(yè)資格考試《基礎(chǔ)知識(shí)》(中級(jí))真題及答案
- 中國(guó)加速康復(fù)外科臨床實(shí)踐指南2021
- 山東省大教育聯(lián)盟學(xué)校2024-2025學(xué)年高三下學(xué)期開學(xué)檢測(cè)化學(xué)試題(原卷版+解析版)
- 2025教科版六年級(jí)科學(xué)下冊(cè)全冊(cè)教案【含反思】
- DB43T-稻-再-油生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程
- 急診醫(yī)學(xué)知到智慧樹章節(jié)測(cè)試課后答案2024年秋云南中醫(yī)藥大學(xué)
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論