最新图像处理技术——5 图像增强-空域课件PPT.ppt 119页

'图像处理技术——5图像增强-空域 上一讲主要内容采样：冲击函数，数字图像的函数描述，采样定理量化：等间隔平均值量化，最优量化；灰度直方图，幅度密度函数,幅度分布函数线性移不变系统，线性系统，移不变系统卷积：卷积的定义、性质，一维卷积的计算过程；二维离散卷积的计算过程。10/5/20212华中科技大学软件学院 理想采样器的数学描述Dirac函数是一个广义函数，表示瞬间的变换。10/5/20213华中科技大学软件学院 误差最小量化（最优量化）量化误差表示为：通过求极值的方法，确定相应量化值和对应的量化区间满足：和10/5/20217华中科技大学软件学院 通过迭代可求最优量化算法10/5/20218华中科技大学软件学院 3.15灰度直方图定义：横坐标为灰度级的值，纵坐标为某个灰度级出现的次数。为了便于表示，往往将纵坐标用出现概率表示。10/5/20219华中科技大学软件学院 灰度直方图的另外一种表示即一副连续图像的直方图是其面积函数的倒数的负值。如果将图像视为一个二维的随机变量，那么，面积函数就相当于该随机变量的累积分布函数，而灰度直方图相当于其概率密度函数。负号是因为随D的增加A（D）减少的原因将一副连续图像中具有灰度级D的所有轮廓线所包括的面子，称为它的阀值面积函数A(D)。则直方图可定义为：10/5/202110华中科技大学软件学院 直方图相关的其它概念图像的振幅分布特性：振幅密度函数：累积直方图：行坐标为灰度级，总坐标为小于等于某灰度级在图像中出现的次数。10/5/202111华中科技大学软件学院 3.2图像的运算点运算比如改变亮度，对比度等代数运算是图像之间点对点的运算几何运算涉及到空间位置变化，和灰度插值10/5/202112华中科技大学软件学院 双线性插值的简单算法10/5/202113华中科技大学软件学院 双线性插值10/5/202114华中科技大学软件学院 3.3.2线性移不变系统所谓的移不变系统，是指如果输入序列进行位移，则输出序列进行相应的位移。对于二维系统，如果y(i,j)=T[x(i,j)],则移不变条件是，当且仅当对所有序列x[i,j]及所有整数位移（m,n）皆有：y(i-m,j-n)=T[x(i-m,j-n)].线性系统，移不变系统是系统的两个独立的特性。我将具有移不变系统的线性系统称为线性移不变系统。10/5/202115华中科技大学软件学院 3.3.1线性系统的性质叠加原理：如果输入信号是俩个序列之和，则输出信号也为两个对应的输出信号之和。即：若y1=T[x1],y2=T[x2],则有y1+y2=T[x1]+T[x2]=T[x1+x2].齐次原理：如果y=T[x],则有。纵上所述，线性系统对于所有输入信号x1，x2以及所有复常数a、b，皆有ay1+by2=T[ax1+bx2]线性系统对于输入信号的加权和的响应等于单个输入信号响应的加权和。10/5/202116华中科技大学软件学院 线性移不变系统L[.]f(i，j)g(i,j)10/5/202117华中科技大学软件学院 3.4卷积卷积积分定义：简单记为：10/5/202118华中科技大学软件学院 10/5/202119华中科技大学软件学院 卷积卷积积分：如果函数y(t)满足下列关系式则称函数y(t)为函数x(t)和h(t)的卷积卷积积分的图解表示：x(t)th(t)t1/211110/5/202120华中科技大学软件学院 卷积积分的图解表示（续）：位移h(t1-)11f()f()h(-)1/2-1折迭h(t-)1/2t11*相乘2y(t)1t1t积分10/5/202121华中科技大学软件学院 10/5/202122华中科技大学软件学院 二维离算卷积运算过程1）由h(i,j)产生序列h(i-m,j-n).即首先把h(m,n)对m和n轴进行反转，然后进行平移，使得抽样h(0,0)处于(i,j)点上。2）计算f(m,n)h(i-n,j-m)的一个序列.3）将乘积序列的各非零抽样值相加，得到卷积输出值g(i,j).10/5/202123华中科技大学软件学院 10/5/202124华中科技大学软件学院 二维卷积举例二维离散卷积：令m，n＝－1，0，110/5/202125华中科技大学软件学院 教材P56，11题证明：10/5/202126华中科技大学软件学院 例题讲解：P.45,例3－1P.50,一维离散卷积的计算10/5/202127华中科技大学软件学院 第五章图像增强之空域图像增强10/5/202128华中科技大学软件学院 图像增强的应用及其分类图像处理最基本的目的之一是改善图像改善图像最常用的技术就是图像增强图像增强有两大类应用一是改善图像的视觉效果二是突出图像的特征，便于计算机处理。图像增强按作用域分为两类，即空域处理和频域处理。空域处理是直接对图像进行处理；频域处理则是在图像的某个变换域内，对图像的变换系数进行运算，然后通过逆变换获得图像增强效果。10/5/202129华中科技大学软件学院 空域图像增强的主要内容直方图增强直方图均衡化的原理、应用直方图规定化的原理、应用图像平滑邻域平滑※中值滤波（补充内容）多图像均值滤波图像锐化空间域的微分锐化原理10/5/202130华中科技大学软件学院 5.1空域图像增强基于点操作的增强变换，常见的有几类方法：将f(.)中的象素按EH操作直接变换以得到g(.);借助f(.)的直方图进行变换；借助对一系列图像间的操作进行变换。10/5/202131华中科技大学软件学院 灰度变换灰度变换的目的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。基本直接灰度变换图像反转（negative_enhance.m）增强对比度（contrast_strentching.m）压缩动态范围压缩灰度切片什么是灰度变换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。10/5/202132华中科技大学软件学院 10/5/202133华中科技大学软件学院 8bit图像得位平面表示10/5/202134华中科技大学软件学院 10/5/202135华中科技大学软件学院 位图切割10/5/202136华中科技大学软件学院 幂次变换习惯上，幂次等式中的指数是指伽马值。用于修正幂次响应现象的过程称作伽马校正。10/5/202137华中科技大学软件学院 伽马校正10/5/202138华中科技大学软件学院 5.1.2直方图图像增强10/5/202139华中科技大学软件学院 10/5/202140华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化直方图均衡方法的基本思想是对在图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数少的灰度级进行缩减。从而达到清晰图像的目的。Example_histeq.m10/5/202141华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化算法：设f、g分别为原图象和处理后的图像。1)求出原图f的灰度直方图，设为h。h为一个256维的向量。10/5/202142华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化1399821373360646820529260fh0312243441516471829310/5/202143华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化2）求出图像f的总体像素个数Nf=m*n（m,n分别为图像的长和宽）计算每个灰度级的像素个数在整个图像中所占的百分比。hs(i)=h(i)/Nf(i=0,1,…,255)10/5/202144华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化h03122434415164718293hs00.1210.0820.1630.1640.0450.0460.1670.0480.0890.1210/5/202145华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化3）计算图像各灰度级的累计分布hp。10/5/202146华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化hshp00.1210.0820.1630.1640.0450.0460.1670.0480.0890.1200.1210.2020.3630.5240.5650.6060.7670.8080.8891.0010/5/202147华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化4）求出新图像g的灰度值。10/5/202148华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化1399821373360646820529260fg511332552552249251133204133133194019414319422492015392255921940hp00.1210.2020.3630.5240.5650.6060.7670.8080.8891.0010/5/202149华中科技大学软件学院 3.5直方图均衡化10/5/202150华中科技大学软件学院 演示直方图均衡化与灰度拉伸在图像增强中的效果对比。10/5/202151华中科技大学软件学院 直方图的映射变换10/5/202152华中科技大学软件学院 10/5/202153华中科技大学软件学院 从基本微积分学，我们知道关于上限的定积分的导数就是该上限的积分值。10/5/202154华中科技大学软件学院 10/5/202155华中科技大学软件学院 10/5/202156华中科技大学软件学院 10/5/202157华中科技大学软件学院 10/5/202158华中科技大学软件学院 3.直方图规定化10/5/202159华中科技大学软件学院 直方图规定化映射规则使最小。10/5/202160华中科技大学软件学院 10/5/202161华中科技大学软件学院 10/5/202162华中科技大学软件学院 5.1.3图像间运算相似图像利用相减，增强图像间的差别利用系列图像的均值减少随机噪声。10/5/202163华中科技大学软件学院 5.2图像平滑10/5/202164华中科技大学软件学院 欧氏距离街区距离棋盘距离距离10/5/202165华中科技大学软件学院 掩模：是一个对图像局部进行操作的小的矩阵，这个掩模矩阵中的数值是系数，不是灰度。不同的掩模往往决定图像处理的效果。掩模，又称为模板，窗口，核，滤波器等10/5/202166华中科技大学软件学院 2.均值滤波将定义的(2a+1)×(2b+1)模板W（例如3×3的模板）在图像f（x,y）上滑动，视模板中每一个元素为加权系数，将每个点（x,y）赋为模板与对应的象素点加权平均。即w(s,t)为模板的元素10/5/202167华中科技大学软件学院 均值滤波器所谓的均值滤波是指在图像上对待处理的像素给一个模板，该模板包括了其周围的邻近像素。将模板中的全体像素的均值来替代原来的像素值的方法。10/5/202168华中科技大学软件学院 均值滤波器当模块表示为：12143122345768957688567891214312234576895768856789344456678时，10/5/202169华中科技大学软件学院 均值滤波器将以上的均值滤波器加以修正，可以得到加权平均滤波器。10/5/202170华中科技大学软件学院 10/5/202171华中科技大学软件学院 3.中值滤波器前面我们看到，虽然均值滤波器对噪声有抑制作用，但同时会使图像变得模糊。为了改善这一状况，必须寻找新的滤波器。中值滤波就是一种有效的方法。10/5/202172华中科技大学软件学院 中值滤波器1.中值滤波的设计思想：因为噪声的出现，使该点像素比周围的像素亮（暗）许多，给出滤波用的模板，如下图所示是一个一维的模板，对模板中的像素值由小到大排列，最终待处理像素的灰度取这个模板中的灰度的中值。m-2m-1mm+1m+210/5/202173华中科技大学软件学院 7.2中值滤波器例：原图像为：　22621244424处理后为：22(1,2,2,2,6)2(1,2,2,2,6)2(1,2,2,4,6)2244444(2,4,4)10/5/202174华中科技大学软件学院 与均值滤波类似，做3*3的模板，对9个数排序，取第5个数替代原来的像素值。2.二维中值滤波：10/5/202175华中科技大学软件学院 例：1214312234576895768856789121431223457689576885678923456667810/5/202176华中科技大学软件学院 5.3图像锐化（教材P5.4）微分锐化法:在空域图像平滑处理中，可采取邻域累积的方式平滑图像，这个过程类似积分。直观的将，类似与微分的过程，使图像非平滑（即锐化）。10/5/202177华中科技大学软件学院 图像锐化图像锐化的目的加强图像中景物的边缘和轮廓边缘与轮廓一般位于灰度突变的地方，可以用灰度差分提取。差分运算是有方向性的，由于边缘、轮廓在一幅图像中常常具有任意的方向。各向同性的边缘检测算子对任意方向的边缘、轮廓都有相同的检测能力。具有这种性质的锐化算子有梯度、拉普拉斯和其它一些相关算子。10/5/202178华中科技大学软件学院 梯度算子F(x,y)：图像函数，在点(x,y)上的梯度定义为矢量梯度的幅度为：10/5/202179华中科技大学软件学院 对于离散图像，可用差分近似表示梯度：进一步简化：还可以用交叉的差分表示梯度：简化表示为：这种交叉梯度称为Roberts梯度。简化的梯度计算，同样可以用模板来表示。10/5/202180华中科技大学软件学院 交叉微分算法（Roberts梯度算法）10/5/202181华中科技大学软件学院 Sobel锐化算法10/5/202182华中科技大学软件学院 Priwitt锐化算法10/5/202183华中科技大学软件学院 拉普拉斯算子对于一个连续的二元函数F(x,y)，其拉普拉斯算子定义为对于数字图像，拉普拉斯算子可以简化为原图像利用拉普拉斯算子进行边缘提取的结果10/5/202184华中科技大学软件学院 Sobel算子原图像利用Sobel算子进行边缘提取的结果10/5/202185华中科技大学软件学院 Prewitt算子原图像利用Prewitt算子进行边缘提取的结果10/5/202186华中科技大学软件学院 若是欢迎远道而来的朋友,我们应该说（有朋自远方来,不亦乐乎）。 若是好朋友分离,依依惜别,我们可以说（送君千里,终须一别） 每当月亮升起，你的心中会有一种美好的对幸福、团圆的一种向往，就会想起（但愿人长久，千里共婵娟） 来到瀑布脚下，捧着清澈的泉水，舒服极了。仰望瀑布倾泻而下，泼洒飞流，撞击在岩石的棱角上，溅起了朵朵美丽的水花。望着美丽的瀑布，我不禁想起“（飞流直下三千尺，疑是银河落九天）”。 人们常用杜甫的（）一句来赞美老师对学生默默无闻的培育，潜移默化的熏陶。随风潜入夜，润物细无声 同学们，当你们的朋友在学习浪费时间，有所松懈时，我们可以用（“”）这样的名句来劝告他。少壮不努力，老大徒伤悲 改革开放以来，各行各业先进人物层出不穷，我们可以用毛泽东《沁园春·雪》中的词句（）来赞美他们。数风流人物，还看今朝 每当看到春光将桃、李、梨的花一夜间催开时，你自然的想起了（）忽如一夜春风来,千树万数梨花开 生活中既要善于学习他人好的方面，又要善于从不好的方面吸取教训，这正如孔子《论语》的一句话（）三人行，必有我师焉，择其善者而从之，其不善者而改之 教育人要积极向上，好上加好：（）。欲穷千里目，更上一层楼 教育节约粮食，珍惜农民劳动成果：（）。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦 我们的老师指导大家写作时，常常引用宋代著名诗人苏轼的《题西林壁》中的两句诗，（“”），强调习作是心灵的放飞，是情感的释放，写法要不拘一格，语言要有自己的个性。横看成岭侧成峰，远近高低各不同 湖边，那株丰姿的柳树亭亭玉立，纤细的嫩叶泛着点点绿光，远远看去，就好像一树绿色的宝石，柳枝也不逊色，低眉顺眼，柔柔软软、缠缠绵绵，似风姿绰约的美人。此景象真可谓是（“”）。碧玉妆成一树高，万条垂下绿丝绦 深秋的梧桐叶黄了，纷纷扬扬落下来。望着这景象，我不由地吟诵起龚自珍的诗句：（“”）。落红不是无情物，化作春泥更护花 老师，（“”），这诗句不是赞颂您燃烧自己，照亮别人的奉献精神，还能赞颂谁呢？春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干 走到桂林，这里的景色好美呀。这样的山围绕着这样的水,这样的水倒映着这样的山,再加上空中云雾迷蒙,山间绿树红花,江上竹筏小舟,让你感到像是走进了连绵不断的画卷,真是（“”）。舟行碧波上，人在画中游 我们的小草，在那纤细弱小的身躯里，竟然蕴藏着多么强大的生命力啊！难怪古代诗人写下的咏草诗句：·“_（）野火烧不尽，春风吹又生 李白的《送孟浩然之广陵》一诗，字面上没有提到“情”字，但是通过景物描写却透出了朋友间依依惜别之情，这两句诗是：（                        ） 古语云：（“）”凡立功名于世者，无不是从小处做起，注意点点滴滴的积累，有意识地培养自己的品德才能，不断自我完善的。不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 （“。）”春节来临，读着这千古名句，那些身在国外留学的学子们，谁不想念自己的祖国和亲人啊？独在异乡为异客，每逢佳节倍思亲 有时候，我们对自己所处的环境，正在做的事反而不及旁人清楚，这就是“当局者迷，旁观者清。”宋代诗人苏轼的《题西林壁》中的诗句（。）说明了这个问题。不识庐山真面目，只缘身在此山中 春天是什么?是白居易记忆中“（）”的红花绿波；是杜甫笔下似春雨般“（）”的悄无声息；是唤醒孟浩然的“（）”。  夏天是什么?是毛主席眼里“（        ，        ）”的七色彩虹；是令杨万里惊叹的“（）”的西湖风光。 “读万卷书，行万里路”，旅游可以使我们开阔眼界。当我们欣赏着美如画卷的西湖景色时，情不自禁地吟诵起诗句“（       ）。”当我们来到枫叶似火的香山时，唐代诗人杜牧的诗句“（      ）”回荡在我心间；来到北京天安门广场，面对高耸的人民英雄纪念碑，让我想起诗人于谦的诗句“（                    ）。 要想学好语文，不光要多读书，还要多参加实践活动。正如陆游所说的那（            ） 尽jǐn（）空kōnɡ（）模mó（）jìn（）kònɡ（）mú（）屏pínɡ（）喝hē（）喷pēn（）bǐnɡ（）hè（）pèn（） 1、一队队戴着红领巾的少先队员高高兴兴地走进十分华丽的少年宫。2、又大又红又圆的大苹果滴溜溜地在湿漉漉的路面上蹦跳着。3、1997年的一个秋日，我在盛产雨花石的一个采砂矿坑的乱石堆中，发现了一块黝黑的雨花石。4、一个天真可爱的小女孩为大家表演节目。5、喊我的是和蔼可亲、头发花白的房东大娘。6、一个渔民在金黄的沙滩上发现了一块坚硬的琥珀。 7、雨大得像是从天上倒下来似的。8、我们要像爱惜自己的生命一样爱惜宝贵的时间。9、五彩缤纷的焰火在夜空中构成一幅幅美妙的图画。10、碧绿的千山万壑和朦胧的山间云雾构成了一幅精美的山水画。11、两只小虫都淹没在老松树的黄色的泪珠里。12、这是第一面搭载我国自己的航天器遨游太空的五星红旗。 13、数不清的挽联挂满了墙壁，大大小小的花圈堆满了整间屋子。14、在这战火纷飞的夜晚，我被这种出自阶级友爱的战友间的关怀激动着，迸出了幸福的骄傲的泪花。15、母亲那双颤抖的手轻轻地抚摸着失散多年的女儿的头。16、我国自行研制的“神舟5号”载人飞船返回舱顺利返回了地面。17、六(2)班的语文老师给大家讲了一个关于小红帽打败大灰狼的故事。18、相传很久以前，牡丹江畔住着一个美丽善良的红罗女。 19、我国体育健儿顽强拼搏的事迹深深地激励着我们。20、宋庆龄奶奶无微不至地关心我们少年儿童。21、新开发的“绿色食品”受到广大人民群众的欢迎。22、一群活泼可爱的小孩在湖边的大草地上尽情玩耍。23、工人们在节日里仍然坚持劳动。24、我激动得流下晶莹的泪珠。 25、夏天，火辣辣的太阳高高地挂在蔚蓝的天空。26、汽轮发电机厂的工人师傅把一台台进口钻机熟练地安装好了。27、六(2)班的语文老师给大家讲了一个关于小红帽打败大灰狼的故事。28、残暴的敌人秘密地杀害了我们党的优秀领导人李大钊。29、生态保护区生长着上千株枝叶茂盛的银杉树。30、在农民们的辛勤劳动下，今年小麦的长势十分喜人。 31、一刹那间，这深红的圆东西发出夺目的亮光。32、洪亮的钟声在空中经久不息地回荡。33、鼎在远古的时候，是中国先民使用的一种炊具。34、小鹿侧着脑袋欣赏自己在水里的影子。35、夏天的天气热得像个蒸笼。 '