【教学课件】第四章图像增强-灰度图像处理.ppt
第四章 图像增强灰度图像处理,4.1概述,原因：从实际景物转换成图像信息，在图像的生成、传输、或变换过程中，由于多种因素的影响，输出图像的质量多少会有所降低或称退化。灰度图像处理：同类处理不压缩原图像的灰度层次，如滤波、增强。非同类处理描述，将多灰度图变为二值图，如分割。增强：（enhancement）突出所关心的信息，改善图像视觉效果。恢复：（retstoration）恢复退化图像的本来面目，忠实原图像。方式：点处理 局域处理 全局处理,4.2 图像的统计特征,把图像看作随机过程，则可做一阶及二阶统计。一阶：单个象素特征。二阶：一对象素特征。1)一阶统计特征：P代表坐标，Z为灰度，P(P，Z)象素。对同一对象的不同观测结果，随机过程，略去了随机性变化，坐标位置关系，简化成直方图(Histogram）。纵坐标：象素个数/某灰度也可用百分比横坐标：灰度（0255）总面积：全图象素数,直方图：离散状态下图像灰度的概率密度分布。说明：图像直方图不可逆变换，多对一的变换直方图是多对一的映射结果，即多个图像可以生成相同的直方图，因此直方图作为一阶统计特征未反映相邻点之间的关系。但反映了图像的灰度散布范围等特征，在很多场合下，往往是重要特征。例：,六个象素,黑板(加墙)的直方图,2)二阶统计特征图像两象素之间关系：P2(P、Q、Z、Y)P、Q为两个象素的位置绝对位置相对位置Z、Y为两个象素的灰度引入简化形式，即认为与P、Q之绝对位置无关，而仅与其相对位置有关，称共存事件矩阵 coocurrence matrices共存事件矩阵：Cr(i、j)r P、Q点的相对关系，i、j 两个象素的灰度。R与 相对距离及方位有关各种组合甚多。d及Cr(i、j、d、)。,满足d、关系，灰度分别为（i、j）的象元对数。整个数组256*256,一般情况下,考虑相邻象素间关系,取d=1，=0时,举例：,0,0,1,1,0,1,1,0,2,2,3,3,2,3,3,2,d=1,=0,原图,Cr,共存事件矩阵特点：对角线Cr(k，k)大致反映了灰度为K的面积大小；非对角线的Cr(k，j)大致反映了灰度值为k，j象元的边界长；远离对角线项的大小反映图像对比度大小。进一步引入一些变换参数。,综合参数：,上式中ux,uy,x,y,分别表示其共存事件矩阵沿行列方向的均值及标准差。共存事件矩阵是纹理特征的描述工具。,4.3直方图处理（点处理，辐射变换）,通过调整图像的直方图,达到所需增强的目的。1)灰度变换法：由于光照不足，原图象灰度范围窄，看不清晰，直方图拉伸后灰度相差加大，分辨清晰。,DBf（DA）可将一直方图变另一直方图即：HA(DA)HB(DB)直方图下总面积不变为1，由概率论知：,DB=f(DA)常见的三种变换曲线：线性：DB=aDA+b(分段线性)突出感兴趣目标，抑制不感兴趣目标对数曲线：DB=a*lg(DA+b)小灰度展开，大灰度压缩指数曲线：DB=DA*a+b大灰度展开，小灰度压缩具体编程实现引入查找表（lookup table）概念图象512512大小，需256KB次运算，太慢注意图象值输入：256级0255 输出：256级0255 输入到输出是映射关系,指数,对数,DA,DB,int i,j;char I512512,LUT256;for(i=0;i256;i+)LUTi=pow(i,a)+bfor(i=0;i512;i+)for(j=0;j512;j+)Iij=LUTIij;仅需256次指数运算，节约了运算时间,2)直方图均衡：如右图，直方图可用灰度为256，但仅用了2/3，即可用灰度级别未充分利用，一种可能的充分利用多灰度方法是直方图越平越好。多灰度值点数均摊。HB=1/m由：HAdDA=HBdDBDB=f(DA),dDB=dfHAdDA=1/m dfdf=mHAdDAf=mHAdDA,上述结论可推广到离散域上，一幅图像总象素数为n，分L个灰度级，nk代表第灰度级rk出现的频数，则第K灰度级出现概率：Pr（rk）=nk/n(k=0,1.L-1)此时变换函数为：,若某一灰度Z是此平均值之倍，则需将其分散到K个灰度上去，即一对多的映射。将Z映射至(Z1+ZK)/2灰度上，不保证均匀平的；将Z随机分配到Z1,ZK中，此时将损失对比度；将Z分配到与邻点平均值相近的Z1,ZK之灰度，这可能使边缘变模糊及计算量大。实用第一条,8个灰级，总计64*64=4096点注意：离散均衡不可能拉平,仅存5个灰级，宏观拉平，微观不可能平，层次减少，对比度提高。,3)直方图匹配新直方图与已有直方图匹配，使两直方图一致希望增强后的图像，其灰度级分布不是均匀的，而是具有规模形状的直方图，这样可突出感兴趣的灰度范围,p1 p2=1/m,b=mp1(a)da=mP1(a)p3 p2=1/m,b=mp3(c)dc=mP3(c)c=P3-1(b/m)=P3-1(mP1(a)/m)=P3-1P1(a)由a c关系。p1(a)先变换到平的,再由平的变换到p3(c),4)伪彩色人眼对彩色敏感，可辨2000多种色，灰度才几十级假彩色：用遥感器中三波段合成R、G、B。伪彩色：单一波段，（灰度图彩色）,物理背景：伪彩超，红外乳腺诊断典型方法：,255,合成,5)图象的几何运算两幅图象对应象素相、*、运算得到第三幅图象。F1、F2生成F3，都是点运算。F3=A(F1+F2)+BF3=A(F1F2)+B(减影技术，同一景物不同时间采集影像相减，去除相同，找出变化。运动监测，目标跟踪。)F3=A(F1F2)+B(遥感：火灾、水灾、海岸耕地变化。)F3=A(F1/F2)+B(医学：减影、血管、监测肾动脉是否阻塞。)A、B是常数(1)同一波不能区分两类物质（灰度相差不大）但两波相除后，差值明显增大(2)消除山影、阴面影响，同一地物阴面、阳面灰度值不相同，二波相除后，阴面、灰度此值应相同。(3)找新物质、矿产（地学工作者之事）,作业,已知直方图如下，试求均衡后直方图：,
