文档介绍：第五章图像增强
用直方图修改技术进行图像增强
图像点处理
图像平滑处理
图像尖锐化处理
卷积方法
彩色图像处理
图像几何处理
11/10/2017
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数字图象处理演示稿纪玉波制作(C)
图像增强是图像处理的基本内容之一。图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息,同时,削弱或去除某些不需要的信息。这类处理是为了某种应用目的去改善图像质量,处理的结果更适合于人的视觉特性或机器识别系统。增强处理并不能增加原始图像的信息,而只能增强对某种信息的辨识能力,并且这种处理有可能损失一些其它信息。
图像增强技术主要包括直方图处理、图像点处理、图像平滑处理、图像锐化处理、伪彩色技术及图像几何处理等。
图像增强处理技术基本上可以分成两大类,一类是频域处方法,一类是空域处理方法。
频域处理方法的基础是卷积定理,它采用修改图像富里叶变换的方法实现对图像的增强处理。
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设处理系统的冲激响应是h(x,y), 那么处理过程可以由下式表示:
g(x,y) = h(x,y)*f(x,y)
在频域里,卷积可以转换为乘积关系,即
G(u,v) = H(u,v)·F(u,v)
式中,H(u,v)为传递函数。
g(x,y) = F[H(u,v)·F(u,v)]
得到的g(x,y)比f(x,y)在某些特性方面更加鲜明、突出,因而更加易于识别和解释。例如,可以强调图像中的低频分量使图像得到平滑,也可以强调图像中的高频分量使图像的边缘得到增强等等。以上就是频域处理法的基本原理。
空域法是直接对图像中的像素进行处理,基本上是以灰度映射变换为基础的,所用的映射变换取决于增强的目的。例如增加图像的对比度,改善图像的灰度层次等处理均属空域法处理。
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应该指出的是增强后的图像质量好坏主要靠人的视觉来评定,而视觉评定是一种主观处理。因此,为了一种特定的用途而采用的一种特定的处理方法,得到一幅特定的图像,对其质量的评价方法和准则也是特定的,所以,很难对各种处理定出一个通用的标准。因此说,图像增强没有通用理论。
用直方图修改技术进行图像增强
对一幅数字图像,若对应于每-灰度值,统计出具有该灰度值的象素数,并据此绘出象素数-灰度值图形,则该图形称该图像的灰度直方图,简称直方图。直方图是以灰度值作横坐标,象素数作纵坐标。有时直方图亦采用某一灰度值的象素数占全图总象素数的百分比(即某一灰度值出现的频数)作为纵坐标。
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(或频数)的统计结果,它只反映该图像中不同灰度值出现的次数(或频数〕,而未反映每一灰度值象素所在位置。也就是说,它只包含了该图像中某一灰度值的象素出现的概率,而丢失了其所在位置的信息。
,都能唯一地算出一幅与它对应的直方图,但不同的图像,可能有相同的直方图。也就说,图像与直方图之间是一种多对一的映射关系。
,因此,一幅图像各子区的直方图之和就等于该图全图的直方图。
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用直方图修改图像
设变量r代表图像中像素灰度级,在图像中,像素的灰度级可作归一化处理,这样r的值将限定在下述范围之内:
0≤r≤1
在灰度级中,r=0代表黑,r=1代表白。对于一幅给定的图像来说,每一个像素取得[0,1]区间内的灰度级是随机的,也就是说,是一个随机变量。
在离散的形式下,用rk代表离散灰度级,用P(rk)代表概率密度函数,并且有下式成立:
式中nk为图像中出现rk这种灰度的像素数,n是图像中像素总数,nk/n就是概率论中的频数,l是灰度级的总数目。在直角坐标系中作出rk与P(rk)的关系图形,就得到直方图,下图为两个例子。
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从图像灰度级的分布可以看出一幅图像的灰度分布特性。例如,从上图中的(a)和(b)两个灰度密度分布函数中可以以看出:(a)的大多数像素灰度值取在较暗的区域,所以这幅图像肯定较暗,一般在摄影过程中曝光过强就会造成这种结果;而(b)图像的像素灰度值集中在亮区,因此,图像(b)的特性将偏亮,一般在摄影中曝光太弱将导致这种结果。当然,从两幅图像的灰度分布来看图像的质量均不理想。
图(a) 图(b)
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为了改善图像质量,可以对灰度分布进行变换改变,其中一种方法称为直方图均衡