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1、第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强数字图像处置北京大学计算机研讨所 陈晓鸥第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强第三章 数字图像分析引子图像分析技术分类的三种根本范畴低级处置：图像获取、预处置，不需求智能中级处置：图像分割、表示与描画，需求智能高级处置：图像识别、解释，短少实际，为降 低难度，设计得更公用。第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强图像分析系统的构成知识库知识库表示与描画表示与描画预处置预处置分割分割低级处置高级处置中级处置识别识别与与解释解释结果图像获取图像获取问题第三章 数字图像分析第第三三章章 数数字
2、字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强第三章 数字图像分析3.1 图像加强3.2 图像分割3.3 特征提取3.4 识别与解释第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强第一节 图像加强3.1.1 图像加强引言3.1.2 空域图像加强3.1.3 频域图像加强第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强引言图像加强的定义图像加强的空域法图像加强的频域法第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强的定义图像加强技术的主要目的是，经过对图像的处置，使图像比处置前
3、更适宜一个特定的运用预处置能够的运用：显示、打印、印刷、识别、分析、创艺等能够的处置战略：空域战略、频域战略第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强的定义能够的处置：去除噪音边缘加强提高对比度添加亮度改善颜色效果改善细微层次通常与改善视觉效果相一致第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强的定义能够的处置：边缘加强第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强的定义能够的处置：提高对比度添加亮度改善颜色效果第第三
4、三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强的空域法点运算法灰度级变换寻觅一个适宜的变换T模板运算法空域过滤器寻觅一个适宜的模板几何变换法变形矫正基于颜色的处置图像加强的空域法第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言图像加强的频域法频域加强的实际根底频域加强的处置方法频域加强与空域加强的关系第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强的实际根底卷积实际被处置图像f(x,y)变换函数h(x,y) /*线性、位置无关操作目的图像g
5、(x,y)有卷积：g(x,y) = h(x,y) * f(x,y)有等式：G(u,v) = H(u,v)F(u,v)有等式：g(x,y) = F-1H(u,v)F(u,v)第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强的原理频率平面与图像空域特性的关系图像变化平缓的部分接近频率平面的圆心，这个区域为低频区域图像中的边、噪音、变化陡峻的部分，以放射方向分开频率平面的圆心，这个区域为高频区域第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强的原理边、噪音、变化峻峭部分变化平缓部分uv第第
6、三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强的原理边、噪音、变化峻峭部分变化平缓部分uv第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强的处置方法对于给定的图像f(x,y)和目的，计算出它的傅立叶变换F(u,v)选择一个变换函数H(u,v) /*并非到空域找计算出目的图像g(x,y) g(x,y) = F-1H(u,v)F(u,v)第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强与空域模板加强的关系卷积的离散表达式，根本上可以了
7、解为模板运算的数学表达方式 M-1 N-1g(x,y) = f*h = f(m,n)h(x m, y n) m=0 n=0因此，卷积的冲击呼应h(x,y)，被称为空域卷积模板，这种称谓仅在模板相对中心原点是对称的时，才是成立的第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.1 图像加强:图像加强引言频域加强与空域加强的关系在实际中，小的空间模板比傅立叶变换用得多得多，由于它们易于实现，操作快捷。对于很多在空域上难以表述清楚的问题，对频域概念的了解就显得非常重要。在紧缩中我们会领会到第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2 图像加强:空域加强
8、3.1.2.1 点运算加强3.1.2.2 直方图加强3.1.2.3 彩色图像加强3.1.2.4 空域过滤器第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强点运算灰度级变换加强灰度级变换的运用亮度调整、对比度拉伸、灰度级切片获取变换函数的方法固定函数、交互样点插值、直方图灰度级变换的分析第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强灰度级变换的运用之一亮度调整加亮、减暗图像25512825521825512825532第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1
9、图像加强:点运算加强 灰度级变换的运用之二对比度拉伸提高、降低对比度2554825502551282551422180提高对比度降低对比度P1P2第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强 灰度级变换的运用之二 提高对比度通常经过直方图得到两个拐点的位置 降低对比度降低对比度普通用于输出设备的灰度级小于输入图像的灰度级的情况，如显示傅立叶频谱时第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强经过直方图得到两个拐点P1、P2的位置p(rk) nkP1P2第第三三章章 数数字字图像像分分析析
10、第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强 灰度级变换的运用之二部分提高、部分降低对比度255482550255128255142196021623第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强灰度级变换的运用之三灰度级切片255482550255142255214134017648第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强 获取变换函数的方法之一固定函数：指数函数、正玄函数、分段直线、对数函数，如显示傅立叶的s=c log(1+|r|)2550255142021623
11、第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强 获取变换函数的方法之二交互样点插值用过点的三次样条插值曲线，获得变换函数第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.1 图像加强:点运算加强灰度级变换的分析灰度级变换对图像层次有负面影响缘由：由于变换是在有限个灰度级上进展的，因此会呵斥层次的减少见实例改良：经过输入较多层次如28)，保证在图像上进展灰度级变换后，其输出保管足够的层次第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 图像加强:直方图加强直方图加强直方图平衡化直方图匹配第第三
12、三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 图像加强:直方图加强直方图平衡化一种自动调理图像对比度质量的算法运用的方法是灰度级变换：s = T(r) 根本思想是经过灰度级r的概率密度函数p(rk )，求出灰度级变换T(r)r正那么化到0，1 k k sk = T(rk) = p (rj ) = nj / n j=0 j=0第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 图像加强:直方图加强直方图平衡化的技术要点：公理：直方图p(rk )，为常数的图像对比度最好目的：寻觅一个灰度级变换T(r)，使结果图像的直方图p(sk )为一个常数实现
13、：强迫以为累积分布函数CDF是我们要找的变换函数T(r)， r s = T (r) = pr(w)dw 0 r 1 0第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 图像加强:直方图加强直方图平衡化的技术要点：公理：直方图p(rk )，为常数的图像对比度最好p(rk) nkP1P2第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图平衡化的算法实现累积分布函数CDF的计算 用累积分布函数CDF的离散方式来计算 k ksk = T(rk) = p (rj ) = nj / n j=0 j=0算法实现：1) 求出灰度
14、级变换T 2) 用T对图像进展灰度级变换第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图加强举例： 图像f(x,y)，宽300，高100像素，偏暗2551000064第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图加强举例：计算变换T T(0) = 1000/3000 * 255 = 85 T(63) = T(62) + 0/3000 = 85T(64) = (1000/3000 + 1000/3000)*255 = 170T(254) = T(253) + 0/30000 = 17
15、0T(255) = (1000/3000 + 1000/3000 + 1000/3000)*255 = 255第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强得到变换函数T(0) = 85.T(63) = 85T(64) = 170.T(254) = 170T(255) = 2551000255085170变换后的图像和直方图第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强问题： 图像最暗处依赖于原图像0灰阶像素的个数。有偏亮的倾向。矫正：Xo= (Xi-85) / (255-85) * 255
16、1000255085170第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强矫正后变换函数为T(0) = 0.T(63) = 0T(64) = 128.T(254) = 128T(255) = 25510002550128第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强矫正前后的比较1000255012810002550851702551000064第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强 直方图平衡化的物了解释1直方图平衡化，不改动灰度出
17、现的次数由于那样会改动图像的信息构造，所改动的是出现次数所对应的灰度级。 k T(rk) = nj/n /*矫正后非零像素数同前 j=02直方图平衡化，力图使等长区间内出现的像素数接近相等。见上例第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图匹配算法来源背景：直方图平衡化的缺陷：不能用于交互方式的图像加强运用，由于直方图平衡化只能产生独一一个结果，恒定值直方图近似希望经过一个指定的函数如高斯函数或用交互图形产生一个特定的直方图。根据这个直方图确定一个灰度级变换T(r),使由T产生的新图像的直方图符合指定的直方图第第三三章章 数数字字图像
18、像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图匹配算法思想：设：rk是原图像的灰度级,zk是符合指定直方图结果图像的灰度级我们的目的是：找到一个灰度级变换H,有：z = H(r)第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图匹配算法思想：1)对rk、zk分别做直方图平衡化s = T (r) =0 pr(w)dw 0 r 1v = G (z) =0 pz(w)dw 0 z 12) 求G变换的逆变换 z = G-1 (v) 第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强
19、:直方图加强直方图匹配算法思想：3)根据平衡化的概念，s,v都是常量 用 s替代v有z = G-1 (s) 2) 求G-1和T的符合变换，有： z = G-1 (T(r) = G-1T(r) H = G-1T第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.2 空域加强:直方图加强直方图匹配算法实现：1求出灰度级变换T 2求出灰度级变换G,同时求出逆变换G-13经过T和G-1求出复合变换H4用H对图像做灰度级变换第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强彩色图像加强在RGB模型上加强在HSI模型上加强第第三三章章
20、 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强在RGB模型上加强彩色平衡与颜色平衡相关的几个定义偏色：采样过程中，由于设备、环境的缘由会呵斥图像的三个颜色分量不同的变换关系，使图像中一切物体的颜色偏离了其原有的真实颜色，这种景象被称为偏色。如图像的灰色部分带有了颜色。第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强与颜色平衡相关的几个定义灰平衡：使RGB彩色设备的彩色分量混合后，颜色失去颜色和饱和度产生灰色，这种颜色混合效果被称为灰平衡，普通情况下，等量的RGB产生灰色。颜色平衡：纠正偏色的过程叫作颜
21、色平衡。 颜色平衡的实现，是经过调整灰平衡，使偏色区域，恢复成灰色来到达的。第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强如何判别彩色图像的偏色1) 检查图像的灰平衡情况，即检查在现实中应该是灰色的物体，在图像中能否是灰色例如：某黑色区域的平均取值是：R = 0 ， G = 12， B = 7 阐明有青色色偏2) 检查高饱和度的颜色能否正常，即检查在现实中应该是纯色的物体，在图像中能否有偏色第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强彩色平衡实现的算法选择两个颜色分量(如GB)，去匹配
22、第三个(如R)1在图像中选取两个浅灰或深灰区域这 些区域也许曾经不是灰色2计算这两个域的RGB平均值，获得 两个颜色分量的线性变换3将逆变换作用在图像的两个分量上，得 到平衡后的新图像第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强彩色平衡实现的算法举例设：在图像中选取两个浅灰或深灰区域，并计算这两个域的RGB平均值，得：R1 = 25 ；G1 = 31；B1 = 37 R2 = 75 ；G2 = 79； B2 = 77 调整G、B去匹配R。从而有线性变换G: 31(25); 79(75) B: 37(25); 77(75)第第三三章章 数数
23、字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强彩色平衡实现的算法举例255312550255772557579075253725G的逆变换B的逆变换第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强在HSI模型上加强经过颜色进展处置经过亮度进展处置经过颜色饱和度进展处置第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强经过颜色进展处置根本思想将图像转换到HSI色空间对指定颜色值H进展调整，H = H +/- h主要运用改动图像的气氛如暖色和冷色的气氛变化，早晚
24、气氛的变化换色对指定颜色的颜色进展改换、去色第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强经过亮度进展处置根本思想将图像转换到HSI色空间对指定亮度值I，乘上一个调整量II = I * I主要运用:1我们可以经过在每个象素的亮度分量上乘一个大于1的常量如1.3，使得图像变得更亮堂，提高图像的亮度。第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强主要运用:(2) 我们可以经过在每个象素的亮度分量上乘一个小于1的常量如0.8，使得图像的亮度降低。(3) 我们可以有选择地调整图像的亮度，可以以颜
25、色、选区作为能否进展亮度处置的根据。例如只对红颜色提高亮度。(4) 对亮度分量进展直方图平衡化第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强经过颜色饱和度进展处置根本思想将图像转换到HSI色空间对指定亮度值S，乘上一个量SS = S * S主要运用:(1)我们可以经过在每个象素的饱和度分量上乘一个大于1的常量如1.3，使得图像的颜色更为鲜明。第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强3.1.2.3 空域加强:彩色图像加强主要运用:(2) 我们可以经过在每个象素的饱和度分量上乘一个小于1的常量如0.8，使得图像的颜色的鲜明度降低。(3) 我们可以有选择地调整图像的颜色饱和度，可以以颜色、选区作为能否进展饱和度处置的根据。例如只对红颜色提高饱和度。第第三三章章 数数字字图像像分分析析 第第一一节 图像像增增强请提问
