对比度增强-图像增强

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,图像增强,对比度增强,图像平滑,图像锐化,同态滤波,伪彩色与假彩色处理,代数运算,几何运算,1,目的：,采用一系列技术去改善图像的视觉效果，或将图像转换成一种更适合于人或机器进行分析处理的形式。图像增强并不以图像保真为准则，而是有选择地突出某些对人或机器分析有意义的信息，抑制无用信息，提高图像的使用价值。,2,方法：,空间域处理,全局运算：,在整个图像空间域进行。,局部运算：,在与像素有关的空间域进行。,点运算：,对图像作逐点运算。,频域处理,在图像的,Fourier,变换域上进行处理。,3,对比度增强,灰度变换法,线性变换,对数变换,指数变换,直方图调整法,直方图均衡化,直方图匹配,要点：,4,灰度变换法,(一)线性灰度变换,当图像成像时曝光不足或过度,或由于成像设备的非线性和图像记录设备动态范围太窄等因素。都会产生对比度不足的弊病，使图像中的细节分辨不清。这时可将灰度范围线性扩展。,设,f(x,y),灰度范围为,a,b，g(x,y),灰度范围为,c,d,5,线性灰度变换,6,线性灰度变换,0,f(x,y),g(x,y),a,b,c,d,7,灰度变换法,(二)分段线性灰度变换,将感兴趣的灰度范围线性扩展，相对抑制不感兴趣的灰度区域。,设,f(x,y),灰度范围为,0,M,f,，g(x,y),灰度范围为,0,M,g,8,分段线性灰度变换,9,分段线性灰度变换,0,f(x,y),g(x,y),a,b,c,d,M,f,M,g,10,灰度变换法,(三)非线性灰度变换,（1）对数变换,低灰度区扩展，高灰度区压缩。,（2）,指数变换,高灰度区扩展，低灰度区压缩。,11,对数变换,a,b,c,是按需要可以调整的参数。,12,对数变换,对数变换,13,指数变换,a,b,c,是按需要可以调整的参数。,14,指数变换,15,习题,对于一个大小为,6464,的,24,位彩色图像，无压缩时所需的存储空间是多少。,令原图像,f(x,y,),的灰度范围为,50,80,线性变换后图像,g(x,y,),的范围为,20,，,180,，写出,f,与,g,之间存在的变换公式。,试给出将灰度范围,(0,10),拉伸为,(0,15),，灰度范围,(10,20),移到,(15,25),，及灰度范围,(20,30),压缩为,(25,30),的变换方程。,简述实现,8,位位图的反色变换方法，并编程实现。,16,习题,假设有,2,张磁碟，每张都含有撞球桌的,4,位数字图像（白色为,15,）。两张图片都是在同一位置拍摄得到，其中一张摄于比赛结束前，含有获胜的一击（击落最后,3,个白球为胜），另一张摄于桌面清空后的瞬间。每张都含有本磁碟中图片的直方图。,(1),试判断哪张磁碟中的图片含有球？,磁碟,1,：,【0,100,400,700,800,600,500,600,500,400,400,600,400,100,0,0】,磁碟,2,：,【0,100,300,700,700,600,500,600,500,400,400,600,500,200,0,0】,(2),用含有球的图片减去不含球的图片，构成一张新的图片，试求出新图片的直方图。,17,直方图调整法,（,一）直,方图均衡化,Histogram Equalization,直,方图:,表示数字图像中的每一灰度级与其出现的频率(该灰度级的像素数目)间的统计关系,用横坐标表示灰度级,纵坐标表示频数(也可用概率表示)。,直,方图:,18,直,方图,19,直,方图均衡化,直方图均衡化是将原图像的直方图通过变换函数修正为均匀的直方图，然后按均衡直方图修正原图像。,图像均衡化处理后，图像的直方图是平直的，即各灰度级具有相同的出现频数，那么由于灰度级具有均匀的概率分布，图像看起来就更清晰了。,20,直,方图均衡化,首先假定连续灰度级的情况，推导直方图均衡化变换公式，令,r,代表灰度级，,P(r),为概率密度函数。,r,值已归一化，最大灰度值为1。,21,连续灰度的直,方图,非均匀分布,22,连续灰度的直,方图,均匀分布,23,直,方图均衡化,目标,直,方图均衡化,24,直,方图均衡化,要找到一种变换,S,=,T,(,r,),使直方图变平直，为使变换后的灰度仍保持从黑到白的单一变化顺序，且变换范围与原先一致，以避免整体变亮或变暗。必须规定：,（1）在0,r,1,中，,T,(,r,),是单调递增函数，且0,T,(,r,)1；,（2）,反变换,r,=,T,-1,(,s,),T,-1,(,s,),也为单调递增函数，0,s,1。,25,r,j,r,j,+,r,s,j,s,j,+,s,直,方图均衡化,变换公式推导图示,26,直,方图均衡化,考虑到灰度变换不影响像素的位置分布，也不会增减像素数目。所以有,27,直,方图均衡化,应用到离散灰度级，设一幅图像的像素总数为,n,，,分,L,个灰度级。,n,k,:,第,k,个灰度级出现的频数。,第,k,个灰度级出现的概率,P,(,r,k,)=,n,k,/,n,其中0,r,k,1，,k,=0,1,2,.,L,-1,形式为：,算例,28,例,例：设图像有64*64=4096个像素，有8个灰度级，灰度分布如表所示。进行,直,方图均衡化,。,r,k,r,0,=0,r,1,=1/7,r,2,=2/7,r,3,=3/7,r,4,=4/7,r,5,=5/7,r,6,=6/7,r,7,=1,n,k,790,1023,850,656,329,245,122,81,p(r,k,),0.19,0.25,0.21,0.16,0.08,0.06,0.03,0.02,29,步骤：,r,k,r,0,=0,r,1,=1/7,r,2,=2/7,r,3,=3/7,r,4,=4/7,r,5,=5/7,r,6,=6/7,r,7,=1,n,k,790,1023,850,656,329,245,122,81,p(r,k,),0.19,0.25,0.21,0.16,0.08,0.06,0.03,0.02,例,30,1.由（,3.11,）式计算,s,k,。,r,k,r,0,=0,r,1,=1/7,r,2,=2/7,r,3,=3/7,r,4,=4/7,r,5,=5/7,r,6,=6/7,r,7,=1,n,k,790,1023,850,656,329,245,122,81,p(r,k,),0.19,0.25,0.21,0.16,0.08,0.06,0.03,0.02,s,k,计算,0.19,0.44,0.65,0.81,0.89,0.95,0.98,1.00,例,31,r,k,r,0,=0,r,1,=1/7,r,2,=2/7,r,3,=3/7,r,4,=4/7,r,5,=5/7,r,6,=6/7,r,7,=1,n,k,790,1023,850,656,329,245,122,81,p(r,k,),0.19,0.25,0.21,0.16,0.08,0.06,0.03,0.02,s,k,计算,0.19,0.44,0.65,0.81,0.89,0.95,0.98,1.00,s,k,舍入,1/7,3/7,5/7,6/7,6/7,1,1,1,2.把计算的,s,k,就近安排到8个灰度级中。,例,32,r,k,r,0,=0,r,1,=1/7,r,2,=2/7,r,3,=3/7,r,4,=4/7,r,5,=5/7,r,6,=6/7,r,7,=1,n,k,790,1023,850,656,329,245,122,81,p(r,k,),0.19,0.25,0.21,0.16,0.08,0.06,0.03,0.02,s,k,计算,0.19,0.44,0.65,0.81,0.89,0.95,0.98,1.00,s,k,舍入,1/7,3/7,5/7,6/7,6/7,1,1,1,s,k,s,0,s,1,s,2,s,3,s,4,n,sk,790,1023,850,985,448,p(s,k,),0.19,0.25,0.21,0.24,0.11,3.重新命名,s,k，,归并相同灰度级的像素数。,例,33,直,方图均衡化,均衡化前后,直,方图比较,例,34,直,方图均衡化,直方图均衡化实质上是减少图像的灰度级以换取对比度的加大。在均衡过程中，原来的直方图上频数较小的灰度级被归入很少几个或一个灰度级内，故得不到增强。若这些灰度级所构成的图像细节比较重要，则需采用局部区域直方图均衡。,35,直方图调整法,（二）直方图匹配,修改一幅图像的直方图，使得它与另一幅图像的直方图匹配或具有一种预先规定的函数形状。,目标：,突出我们感兴趣的灰度范围，使图像质量改善。,36,连续灰度的直,方图,原图,37,连续灰度的直,方图,规定,38,试写出把灰度范围 0，50 压缩成0，10，把范围 50，200 扩张为 10，245，并把范围 200，255 压缩成 245，255 的变换方程。,画出经过下面二次灰度变换的等效灰度变换曲线。,习题：,255,255,g(x,y),f(x,y),255,255,h(x,y),g(x,y),39,给出一幅4,bit,的图像，作出个灰度级出现的频数与灰度级的对应关系直方图。,习题：,40,已知一幅图像如下所示，即半边为深灰色，灰度等级为1/7，另半边为黑色，灰度级为0。假定 0，1 划分为8个灰度级，试对此图像进行直方图均衡化处理，并描述一下均衡化后的图像是一幅什么样的图像。,习题：,41,已知一幅图像如图,(1),所示，试对图像进行直方图均匀化处理，并画出均匀化后的图像和它的直方图。,习题：,0,0,0,0,1,1,1,2,0,0,0,0,1,1,2,3,1,1,1,1,1,2,2,3,2,2,2,2,2,2,2,5,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,3,4,4,5,4,4,4,4,4,4,4,5,6,6,6,6,7,7,5,5,图,(1),42,