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1、第四章 图象增强一、教学目的 通过本次课程讲述要求学生了解图像的伪彩色增强和图像增 强在实际中的应用，能够重点掌握空域变换增强（包括灰度 拉伸、亮度和对比度增强、直方图均衡和规定）的方法和特 点、空域滤波增强（包括空间域的线性、非线性平滑和锐化 ）的方法、理解频域增强（包括频域低通滤波和高通滤波） 的方法和特点，为后续的章节学习打好良好的基础。二、教学重点、难点 重点： 1、空域变换增强（包括灰度拉伸、亮度和对比度增强、直方图 均衡和规定）的方法和特点。 2、空域滤波增强（包括空间域的线性、非线性平滑和锐化）的 方法和特点。 3、频域增强（包括频域低通滤波和高通滤波）的方法和特点。难点1、直方
2、图均衡化和规定化的处理方法2、非线性锐化的方法和特点3、频域增强的原理和特点第四章 图象增强4.1 概述和分类 4.2 空域变换增强 4.3 空域滤波增强 4.4 频域增强 4.5 局部增强 4.6 彩色增强第四章 图象增强第一节 概述和分类 图象增强的定义图象增强技术的主要目标是，通过 对图象的处理，使图象比处理前更适 合一个特定的应用可能的应用：显示、打印、印刷、 识别、分析、创艺等第四章 图象增强应用第一节 概述和分类 图象增强的定义可能的处理：去除噪音、边缘增强 、提高对比度、增加亮度、改善颜色 效果、改善细微层次等通常与改 善视觉效果相一致可能的处理策略：空域策略,频域策 略第四章
3、图象增强第一节 概述和分类 图象增强的空域法点运算法灰度级变换 寻找一个合适的变换T 模板运算法空域过滤器 寻找一个合适的模板 几何变换法变形矫正 基于色彩的处理第四章 图象增强第一节 概述和分类 图象增强的频域法频域增强的理论基础频域增强的处理方法频域增强与空域增强的关系第四章 图象增强第一节 概述和分类在图象处理中，空域是指由象素组成的 空间。空域增强方法指直接作用于象素的 增强方法第四章 图象增强 空域增强方法可表示为 g（x,y）= EH f（x,y） g（x,y）表示增强后的图像、 f（x,y）表示 增强前的图像； EH表示增强操作： ）若EH是定义在每个（x,y）上的， EH是点操
4、作； 图像的点处理操作关键在于设计合适的映射函数（直线或曲线），映射函数的设计有两类方法，一类是根据图像特点和处理工作需求，人为设计映射函数，试探其处理效果，如直接灰度变换方法；另一类设计方法是从改变图像整体的灰度分布出发，设计一种映射函数，使变换后图像灰度直方图达到或接近预定的形状，如直方图修正方法。 （）若EH是定义在（x,y）的某个邻域上（常用正方形邻域），EH称为模板操作、邻域操作； （） EH既可以作用于一幅图像，还可以作用于一系列图像；第一节 概述和分类从增强操作容易实现的角度出发，最常用的 邻域是正方形的。这个正方形最小可为一个象素 (此时实际为点操作，所以点操作时看作是模板 操
5、作的一个特例)。在这种情况下，g(.)的值取 决于在(x，y)处的f(.)值，而EH就是一个灰度变 换。第四章 图象增强第一节 概述和分类如以s和t分别代表f(.)和g(.)在（x，y)位置处的灰 度值，则此时的增强操作式可写成：t = EH(s) 一般情况下象素的邻域比这个象素大，或者说这个 象素的邻域中除本身外还有其他象素。在这种情况下， g(.)在(x，y)位置处的值不仅仅取决于f(.)在（x，y)位 置处的值，而且取决于f(.)在以（x，y)为中心的邻域内 所有象素的值。第四章 图象增强第一节 概述和分类如仍以s和t分别代表f(.)和g(.)在（x，y)位置处的 灰度值，并以n(s)代
6、表f(.)在（x，y)的邻城内象素的灰 度值，则此时的增强操作式可写成：t = EHs, n (s) t和 s是 n(s)的函数，也可以说是s泛函。为在邻域内实现增强操作常可利用模板(mask)与图 象卷积来进行。每一个模板实际上是一个2-D数组，其中各个元素的 取值确定了模板的功能，这种模板操作也常称为空间滤 波。第四章 图象增强第一节 概述和分类最常用的变换空间是频域空间，频域空间的增强方 法有两个关键： 将图象从图象空间转换到频域空间所需 的变换(设用 T表示) 以及再将图象从频域空间 转换回图象空间所需的变换(设用T-1表示)； 在频域空间对图象进行增强加工的操作( 设仍用EH表示)。
7、 在变换域对应的增强可表示为：g(x, y)= T-1EH Tf(x, y) 第四章 图象增强第一节 概述和分类图象增强: 处理方法 空域方法 点处理(变换) 模扳处理(滤波)频域方法 处理策略 全局处理局部处理 处理对象 灰度图像彩色图像第四章 图象增强第二节 空域变换增强基于点操作的增强方法也叫灰度变换，常见 的几类方法为：(1)将f(.)中的每个象素按EH操作直接变换以得 到g(.)；(2)借助f(.)的直方图进行变换；(3)借助对一系列图象间的操作进行变换。第四章 图象增强第二节 空域变换增强所谓的点运算是指像素值（即像素点上的灰 度值）通过运算改变之后，可以改善图象的显示 效果。这是
8、一种像素的逐点运算。点运算与相邻的像素之间没有运算关系，是 旧图象与新图象之间的影射关系。是一种简单但 却十分有效的一种图象处理手段。第四章 图象增强将一个灰度区间映射到另一个灰度区间的变换称为灰度变换。灰度变换可使图像动态范围加大，图像对比度扩展，图像清晰，特征明显，是图像增强的重要手段。灰度变换的分类：线性变换非线性变换用EH表示灰度变换增强的一般形式：（1）t = EH（s）；t , s 分别表示f（）,g（）在（x,y）处的灰度值；点处理（2）t = EHs,n（s）；n（s）表示f（）在（x,y）的邻域内像素的灰度值；采用模板（mask）与图像卷积来实现邻域内的增强操作，属邻域处理。
9、灰度变换对输入图象灰度作线性扩张或收缩，映射函数为一个直线方程，其表达式如下：其中： 相当于变换直线的斜率, 相当于截距；以下是一些灰度变换的例子。 g=G(f) gf2552550 表示g=f ，灰度不变。（a=1） 表示灰度均匀变亮。（a1） 表示灰度均匀变暗。 （a1，那么H（u, v)就会一方面减弱低 频而另一方面加强高频，最终结果是同时压缩了图象的 动态范围和增加了图象各部分之间的对比度。第四章 图象增强第四节 频域增强第四章 图象增强第四节 频域增强另一种扩大动态范围，而减弱对比度的同态滤波函 数的剖面图如下图：第四章 图象增强第四节 频域增强例 同态滤波的增强效果第四章 图象增强
10、练 习 题(P100) 418第四章 图象增强P99-4.4第五节 局部增强在实际应用中常常需要对图象某些局部区域 的细节进行增强。为解决这类问题，需要根据所关 心的局部区域的特性来计算变换函数或转移函数， 并将这些函数用于所关心的局部区域，以得到所需 的相应的增强效果。由此可见，局部增强方法比全 局增强方法在具体进行增强操作前多了一个选择确 定局部区域的步骤.第四章 图象增强第五节 局部增强直方图变换是空域增强中最常采用的方法，它也很 容易用于图象的局部增强。只需先将图象分成一系列 (一 般互相重叠的) 小区域(子图象)，此时直方图均衡化或规 定化都可以基于小区域内的象素分布进行，从而使各小
11、 区域得到不同的增强效果。局部增强除可借助将图象分成子图象再对每个子图 象具体增强外，也可在对整幅图增强时直接利用局部信 息以达到不同局部不同增强的目的。第四章 图象增强第五节 局部增强例如局部空域增强中有一种常用的方法是利用每个象 素的邻域内象素的均值m(x, y)和方差(x, y)这两个特性进 行的，因为均值是一个平均亮度的测度，而方差是一个反 差的测度。具体来说，如要把输入图f(x, y)增强成输出图g(x, y)， 需要在每个象素位置(x，y)进行如下变换：g (x, y) = A (x, y) f (x, y)- m(x, y) + m(x, y)其中：A (x,y)为局部增益函数，
12、 M为f(x,y)的平均值。第四章 图象增强第五节 局部增强例 局部增强示例图(a)为一幅整体灰度偏暗的图象 图(b)为用全局直方图均衡化得到的结果 图(c)为将原图分为互不重叠的尺寸为77的子图象，然后进行局部直 方图均衡化得到的结果，整个图象与图(b)比较相对柔和。第四章 图象增强第六节 彩色增强虽然人的眼睛只能分辨几十种不同深浅的灰度级， 但却能分辨几千种不同的颜色。在图象处理中常可借助彩色来处理图象，以得到对 人眼来说增强了的视觉效果。一般采用的彩色增强方法可分为伪彩色增强方法和 真彩色增强方法。虽然只有一字之差，它们所依据的原 理有很大不同。伪彩色增强：将灰度图象中灰度值的变化映射成
13、相 应的彩色变化的增强方法。真彩色增强：能反映自然界中物体原来色彩的图象 为真彩色图象，对真彩色图象的增强处理即为真彩色增 强。第四章 图象增强第六节 彩色增强 假彩色与伪彩色 伪彩色由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级 的能力强，因此，把人眼无法区别的灰度变化，施以不 同的彩色来提高识别率，这便是伪彩色增强的基本依据 。假彩色假彩色是指将一幅彩色图像映射为另一幅彩色图像 ，从而达到增强对比度的目的。第四章 图象增强第六节 彩色增强假彩色效果例图第四章 图象增强第六节 彩色增强伪彩色效果图第四章 图象增强第六节 彩色增强伪彩色效果图第四章 图象增强第六节 彩色增强 伪彩色增强一种常用的
14、彩色增强方法是对原来灰度图象中不同 灰度值的区域赋予不同的颜色以更明显地区分它们。因为这里原图并没有颜色，所以人工赋予的颜色常 称为伪彩色。这个赋色过程实际是一种着色过程。以下讨论二种 根据图象灰度的特点而赋予伪彩色的方法。第四章 图象增强第六节 彩色增强1亮度切割一幅灰度图可看做一个2-D的亮度函数。我们可用一 个平行于坐标平面的平面去切割图象亮度函数，从而把 亮度函数分成一个灰度值区间。第四章 图象增强第六节 彩色增强设在灰度级l1, l2, ，lM处定义了M个平面，让l0代表黑(f (x, y)=0)，lL代表白(f (x, y)=L)，在0ML的条件下，M个平面将把图象从度值分 成M+
15、 l个区间，对每个灰度值区间内的象素可赋一种颜 色，即：f (x, y) = c m 如f (x, y) R m m=0，1，2，M 其中R m为切割平面限定的灰度值区间，而c m 是所 赋的颜色。 伪彩色增强例： 0-31 32-63 64-95 96-127 128-159 160-191 192-223 224- 255 黑 蓝 绿 青 红 品红 黄 白第四章 图象增强第六节 彩色增强第四章 图象增强第六节 彩色增强 真彩色增强在彩色图象处理中，选样合适的彩色模型是很重要 的。电视摄象机和彩色扫描仪都是根据 RGB模型工作的 。为在屏幕上显示彩色图，一定要借用 RGB模型。HSI模型在许多处理中有其独特的优点：第一，在HSI模型中，亮度分量与色度分量是分开 的。第二，在 HSI模型中色调和饱和度的概念与人的感 知是紧密相连的。第四章 图象增强第六节 彩色增强一种简便常用的真彩色增强方法的基本步骤为：(1)将RG B分量图转化为HSI分量图；(2)利用对灰度图增强的方法增强其中的I分量图；(3)再将结果转换为用RGB分量图来显示。以上方法并不改变原图的彩色内容，但增强后的图 看起来可能会有些不同。这是因为尽管色调和饱和度没 有变化，但亮度分量得到了增强，整个图会比原来更亮 一些。第四章 图象增强图像增强方法小结1、图像增
