matlab數(shù)字圖像處理空間域?yàn)V波學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1matlab數(shù)字圖像處理空間數(shù)字圖像處理空間(kngjin)域?yàn)V波域?yàn)V波第一頁，共70頁。2學(xué)習(xí)(xux)重點(diǎn)圖像平滑圖像平滑(pnghu)圖像銳化圖像銳化中值濾波中值濾波第1頁/共69頁第二頁，共70頁。3學(xué)習(xí)(xux)內(nèi)容7.1 7.1 引言引言(ynyn)(ynyn)7.2 7.2 線性空間濾波線性空間濾波7.3 7.3 非線性空間濾波非線性空間濾波第2頁/共69頁第三頁，共70頁。41 空間域?yàn)V波增強(qiáng)定義： 空間域?yàn)V波增強(qiáng)采用模板處理(chl)方法對(duì)圖像進(jìn)行濾波，去除圖像噪聲或增強(qiáng)圖像的細(xì)節(jié)。 模板本身被稱為空間濾波器 第3頁/共69頁第四頁，共70頁。5第4頁/共69頁第五頁

2、，共70頁。62 第5頁/共69頁第六頁，共70頁。72 第6頁/共69頁第七頁，共70頁。8模糊處理：去除圖像中一些不重要模糊處理：去除圖像中一些不重要(zhngyo)的細(xì)節(jié)的細(xì)節(jié)減少噪聲減少噪聲平滑平滑(pnghu)空間濾波器的作用：空間濾波器的作用：第7頁/共69頁第八頁，共70頁。9線性濾波器：均值線性濾波器：均值(jn zh)濾波器濾波器非線性濾波器非線性濾波器 最大值濾波器最大值濾波器 中值濾波器中值濾波器 最小值濾波器最小值濾波器平滑空間平滑空間(kngjin)濾波器的分類：濾波器的分類：第8頁/共69頁第九頁，共70頁。10突出圖像中的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)了被模糊的細(xì)節(jié)；突出圖像中的細(xì)節(jié)

3、，增強(qiáng)了被模糊的細(xì)節(jié)；印刷中的細(xì)微層次強(qiáng)調(diào)。彌補(bǔ)掃描對(duì)圖像的鈍化；印刷中的細(xì)微層次強(qiáng)調(diào)。彌補(bǔ)掃描對(duì)圖像的鈍化；超聲探測(cè)成像，分辨率低，邊緣模糊，通過銳化來改善超聲探測(cè)成像，分辨率低，邊緣模糊，通過銳化來改善圖像識(shí)別中，分割前的邊緣提取圖像識(shí)別中，分割前的邊緣提取銳化處理過度處理的鈍化，曝光不足的圖像銳化處理過度處理的鈍化，曝光不足的圖像尖端武器的目標(biāo)尖端武器的目標(biāo)(mbio)識(shí)別、定位識(shí)別、定位銳化空間銳化空間(kngjin)濾波器的作用：濾波器的作用：第9頁/共69頁第十頁，共70頁。11第10頁/共69頁第十一頁，共70頁。12相關(guān)是指掩模相關(guān)是指掩模w w按下頁圖所示的方式在圖像按下頁圖

4、所示的方式在圖像f f中移動(dòng)中移動(dòng)(ydng)(ydng)的過程的過程卷積是相同的過程，只是在圖像中移動(dòng)卷積是相同的過程，只是在圖像中移動(dòng)(ydng)w(ydng)w前，要將前，要將w w旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180180度。度。若函數(shù)對(duì)稱移動(dòng)若函數(shù)對(duì)稱移動(dòng)(ydng)(ydng)，則卷積和相關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果，則卷積和相關(guān)操作會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果第11頁/共69頁第十二頁，共70頁。13第12頁/共69頁第十三頁，共70頁。14函數(shù)函數(shù)(hnsh)的語法的語法g=imfilter (f, w, filtering_mode,boundary_option , size_options )f是輸入圖像，是輸

5、入圖像，w是濾波掩模，是濾波掩模，g為濾波結(jié)果為濾波結(jié)果filtering_mode制定濾波過程中是使用相關(guān)（制定濾波過程中是使用相關(guān)（corr）還是卷積）還是卷積(conv)boundary_option用于處理邊界填充零問題，邊界的大小由濾波器的大小確定。用于處理邊界填充零問題，邊界的大小由濾波器的大小確定。size_options 可以是可以是same或或full第13頁/共69頁第十四頁，共70頁。15filtering_mode：相關(guān)（：相關(guān)（corr），該值是默認(rèn)值，卷積），該值是默認(rèn)值，卷積(conv)boundary_option：P 輸入圖像的邊界通過用值輸入圖像的邊界通過用

6、值p(無引號(hào)無引號(hào))來填充來擴(kuò)展來填充來擴(kuò)展(kuzhn)。 P的默認(rèn)值是的默認(rèn)值是0replicate 圖像大小通過復(fù)制外邊界的值來擴(kuò)展圖像大小通過復(fù)制外邊界的值來擴(kuò)展(kuzhn)symmetric圖像大小通過鏡像反射其邊界來擴(kuò)展圖像大小通過鏡像反射其邊界來擴(kuò)展(kuzhn)circular圖像大小通過將圖像看成是一個(gè)二維圖像大小通過將圖像看成是一個(gè)二維 周期周期 函數(shù)的一個(gè)周期來擴(kuò)展函數(shù)的一個(gè)周期來擴(kuò)展(kuzhn)第14頁/共69頁第十五頁，共70頁。16size_options ：full 輸出圖像輸出圖像(t xin)的大小與被擴(kuò)展圖像的大小與被擴(kuò)展圖像(t xin)的大小相同的大

7、小相同same 輸出圖像輸出圖像(t xin)的大小與輸入圖像的大小與輸入圖像(t xin)的大小相同。該值為默認(rèn)值的大小相同。該值為默認(rèn)值第15頁/共69頁第十六頁，共70頁。17g=imfilter (f, w, replicate )對(duì)旋轉(zhuǎn)過的濾波器執(zhí)行相關(guān)操作與對(duì)原始濾波器進(jìn)行卷積操作是相同的；對(duì)旋轉(zhuǎn)過的濾波器執(zhí)行相關(guān)操作與對(duì)原始濾波器進(jìn)行卷積操作是相同的；若濾波器關(guān)于其中心對(duì)稱，則兩個(gè)選項(xiàng)將產(chǎn)生若濾波器關(guān)于其中心對(duì)稱，則兩個(gè)選項(xiàng)將產(chǎn)生(chnshng)同樣的結(jié)果同樣的結(jié)果第16頁/共69頁第十七頁，共70頁。18第17頁/共69頁第十八頁，共70頁。19imfilter之前利用im2

8、double或double轉(zhuǎn)換為double類型。第18頁/共69頁第十九頁，共70頁。20f是一副是一副(y f)double類型圖像，大小為類型圖像，大小為512*512像素像素第19頁/共69頁第二十頁，共70頁。21用一個(gè)大小為用一個(gè)大小為31*31的簡單的簡單(jindn)濾波器濾波器W =ones(31);該濾波器近似為一個(gè)平均濾波器該濾波器近似為一個(gè)平均濾波器第20頁/共69頁第二十一頁，共70頁。22gc=imfilter(f,w,circular);figure()imshow(gc,)第21頁/共69頁第二十二頁，共70頁。23gs=imfilter(f,w,symmetr

9、ic);figure()imshow(gs,)第22頁/共69頁第二十三頁，共70頁。24解決方法歸一化系數(shù)，解決方法歸一化系數(shù)，w0= 1/(31.2)*w或是或是(hu sh)以以im2double格式輸入數(shù)據(jù)格式輸入數(shù)據(jù)第23頁/共69頁第二十四頁，共70頁。25工具箱支持一些工具箱支持一些(yxi)預(yù)定義的二維線性空間濾波器，可由預(yù)定義的二維線性空間濾波器，可由函數(shù)函數(shù)fspecial來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。用來生成濾波掩模用來生成濾波掩模w的函數(shù)的函數(shù)(hnsh)fspecial的語法為：的語法為： w=fspecial (type, parameters)type 表示濾波器類型表示濾波器

10、類型parameters 進(jìn)一步定義了指定的濾波器進(jìn)一步定義了指定的濾波器第24頁/共69頁第二十五頁，共70頁。261） fspecial (average, r c). 大小為大小為r*c的一個(gè)矩形的一個(gè)矩形(jxng)平均濾波器。默認(rèn)值為平均濾波器。默認(rèn)值為3*3.若由一個(gè)數(shù)來代替若由一個(gè)數(shù)來代替r c，則表示方形濾波器，則表示方形濾波器2） fspecial (disk, r). 一個(gè)圓形平均濾波器（包含在一個(gè)圓形平均濾波器（包含在2r+1大小的正方形內(nèi)），半徑為大小的正方形內(nèi)），半徑為r。默認(rèn)半徑為。默認(rèn)半徑為53） fspecial (gaussian, r c, sig). 一個(gè)

11、大小為一個(gè)大小為 r*c的高斯低通濾波器，標(biāo)準(zhǔn)偏差為的高斯低通濾波器，標(biāo)準(zhǔn)偏差為sig（正）。默認(rèn)值為（正）。默認(rèn)值為3*3和和0.5.若由一個(gè)數(shù)來代替若由一個(gè)數(shù)來代替r c，則表示方形濾波器，則表示方形濾波器第25頁/共69頁第二十六頁，共70頁。274） fspecial (log, r c, sig).一個(gè)大小為一個(gè)大小為r*c的高斯的高斯-拉普拉斯（拉普拉斯（loG）濾波器，標(biāo)準(zhǔn)偏差為）濾波器，標(biāo)準(zhǔn)偏差為sig（正）。默認(rèn)值為（正）。默認(rèn)值為5*5和和0.5.若由一個(gè)數(shù)來代替若由一個(gè)數(shù)來代替r c，則表示方形濾波器，則表示方形濾波器5） fspecial (prewitt). 輸出一個(gè)

12、大小為輸出一個(gè)大小為3*3的的prewitt掩模掩模wv，它近似于垂直梯度。水平梯度掩?？梢?，它近似于垂直梯度。水平梯度掩模可以(ky)通過置換結(jié)果通過置換結(jié)果wh=wv獲得獲得6） fspecial (sobel).輸出一個(gè)大小為輸出一個(gè)大小為3*3的的sobel掩模掩模sv，它近似于垂直梯度。水平梯度掩模可以，它近似于垂直梯度。水平梯度掩?？梢?ky)通過置換結(jié)果通過置換結(jié)果sh=sv獲得獲得第26頁/共69頁第二十七頁，共70頁。28第27頁/共69頁第二十八頁，共70頁。29左圖是標(biāo)準(zhǔn)的像素平均左圖是標(biāo)準(zhǔn)的像素平均(pngjn)值值右圖是像素的加權(quán)平均右圖是像素的加權(quán)平均(pngjn)

13、，表明一些像素更為重要，表明一些像素更為重要第28頁/共69頁第二十九頁，共70頁。30第29頁/共69頁第三十頁，共70頁。31以模塊運(yùn)算(yn sun)系數(shù)表示即：第30頁/共69頁第三十一頁，共70頁。321111211111011H1212421211612H111101111813H0010041414141214H第31頁/共69頁第三十二頁，共70頁。33第32頁/共69頁第三十三頁，共70頁。34第33頁/共69頁第三十四頁，共70頁。35微分微分(wi fn)濾波器的原理濾波器的原理第34頁/共69頁第三十五頁，共70頁。36微分微分(wi fn)濾波器的原理濾波器的原理第3

14、5頁/共69頁第三十六頁，共70頁。37第36頁/共69頁第三十七頁，共70頁。385 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)第37頁/共69頁第三十八頁，共70頁。395 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)第38頁/共69頁第三十九頁，共70頁。405 拉普拉斯算子拉普拉斯算子(sun z)(2)第39頁/共69頁第四十頁，共70頁。41第40頁/共69頁第四十一頁，共70頁。42第41頁/共69頁第四十二頁，共70頁。43原原圖圖像像第42頁/共69頁第四十三頁，共70頁。44使用中心使用中心(zhngxn)為為-4的拉普拉斯濾波器增強(qiáng)后的圖像的拉普拉斯濾波器增強(qiáng)后的圖像第43頁/共6

15、9頁第四十四頁，共70頁。45使用使用(shyng)中心為中心為-8的拉普拉斯濾波器增強(qiáng)后的圖像的拉普拉斯濾波器增強(qiáng)后的圖像第44頁/共69頁第四十五頁，共70頁。466 梯度梯度(t d)算子（非線性銳化濾波器）算子（非線性銳化濾波器）第45頁/共69頁第四十六頁，共70頁。476 梯度梯度(t d)算子算子第46頁/共69頁第四十七頁，共70頁。48第47頁/共69頁第四十八頁，共70頁。49在圖像的一階導(dǎo)數(shù)運(yùn)算中，一階導(dǎo)數(shù)通常產(chǎn)生較厚的邊緣在圖像的一階導(dǎo)數(shù)運(yùn)算中，一階導(dǎo)數(shù)通常產(chǎn)生較厚的邊緣(binyun)。一階導(dǎo)數(shù)對(duì)灰度階躍有較強(qiáng)的響應(yīng)。一階導(dǎo)數(shù)對(duì)灰度階躍有較強(qiáng)的響應(yīng)。二階導(dǎo)數(shù)對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)

16、有較強(qiáng)的響應(yīng)，如細(xì)線和孤立點(diǎn)。二階導(dǎo)數(shù)對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的響應(yīng)，如細(xì)線和孤立點(diǎn)。二階導(dǎo)數(shù)在灰度級(jí)階躍變化時(shí)產(chǎn)生雙響應(yīng)。二階導(dǎo)數(shù)在灰度級(jí)階躍變化時(shí)產(chǎn)生雙響應(yīng)。二階導(dǎo)數(shù)對(duì)線的響應(yīng)比對(duì)階躍的響應(yīng)強(qiáng)，對(duì)點(diǎn)的響應(yīng)比對(duì)線強(qiáng)。二階導(dǎo)數(shù)對(duì)線的響應(yīng)比對(duì)階躍的響應(yīng)強(qiáng)，對(duì)點(diǎn)的響應(yīng)比對(duì)線強(qiáng)。第48頁/共69頁第四十九頁，共70頁。50ordfilt2函數(shù)可以生成統(tǒng)計(jì)排序（函數(shù)可以生成統(tǒng)計(jì)排序（order- statistic）濾波器（也稱為排序?yàn)V波器，）濾波器（也稱為排序?yàn)V波器，rank filter）.他們都是非線性濾波器，其響應(yīng)基于對(duì)圖象鄰域中所包含的像素進(jìn)行他們都是非線性濾波器，其響應(yīng)基于對(duì)圖象鄰域中所包含的像素

17、進(jìn)行(jnxng)排序，然后使用排序結(jié)果確定的值來替代領(lǐng)域中的中心像素的值。排序，然后使用排序結(jié)果確定的值來替代領(lǐng)域中的中心像素的值。第49頁/共69頁第五十頁，共70頁。51是一種非線性濾波器是一種非線性濾波器基于濾波器所在基于濾波器所在(suzi)圖象區(qū)域中像素的排序，由排序結(jié)果決定的值代替中心像素的值圖象區(qū)域中像素的排序，由排序結(jié)果決定的值代替中心像素的值分類分類(fn li)：最大值濾波器：用像素鄰域內(nèi)的最大值代替該像素最大值濾波器：用像素鄰域內(nèi)的最大值代替該像素中值濾波器：中值濾波器： 用像素鄰域內(nèi)的中間值代替該像素用像素鄰域內(nèi)的中間值代替該像素最小值濾波器：用像素鄰域內(nèi)的最小值代替

18、該像素最小值濾波器：用像素鄰域內(nèi)的最小值代替該像素第50頁/共69頁第五十一頁，共70頁。52第51頁/共69頁第五十二頁，共70頁。53第52頁/共69頁第五十三頁，共70頁。54第53頁/共69頁第五十四頁，共70頁。55第54頁/共69頁第五十五頁，共70頁。56將模板區(qū)域內(nèi)的像素排序?qū)⒛０鍏^(qū)域內(nèi)的像素排序(pi x)，求出中間值，求出中間值第55頁/共69頁第五十六頁，共70頁。57第56頁/共69頁第五十七頁，共70頁。58在去除噪聲的同時(shí)，可以在去除噪聲的同時(shí)，可以(ky)比較好地保留邊的銳度和圖像的細(xì)節(jié)（優(yōu)于均值濾波器）比較好地保留邊的銳度和圖像的細(xì)節(jié)（優(yōu)于均值濾波器）能夠有效能

19、夠有效(yuxio)去除脈沖噪聲：以黑白點(diǎn)疊加在圖像上去除脈沖噪聲：以黑白點(diǎn)疊加在圖像上第57頁/共69頁第五十八頁，共70頁。59函數(shù)函數(shù)(hnsh)的語法的語法g=ordfilt2(f, order, domain )f是輸入是輸入(shr)圖像圖像使用鄰域的一組排列元素中的第使用鄰域的一組排列元素中的第order個(gè)元素來替代個(gè)元素來替代f中的每個(gè)元素，而該鄰域則由中的每個(gè)元素，而該鄰域則由domain中的非零元素指定。中的非零元素指定。第58頁/共69頁第五十九頁，共70頁。60g=ordfilt2(f, 1, ones(m, n)1表示表示mn個(gè)樣本中的第一個(gè)個(gè)樣本中的第一個(gè)(y )樣

20、本，樣本， ones(m, n)創(chuàng)建了一個(gè)創(chuàng)建了一個(gè)(y )元素值為元素值為1，大小為，大小為m*n的矩陣，表明鄰域內(nèi)的所有樣本都將用于計(jì)算。的矩陣，表明鄰域內(nèi)的所有樣本都將用于計(jì)算。在統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語中，最小濾波器（一組排序元素中的第一個(gè)樣本值）稱為第在統(tǒng)計(jì)學(xué)術(shù)語中，最小濾波器（一組排序元素中的第一個(gè)樣本值）稱為第0個(gè)百分位。同樣，第個(gè)百分位。同樣，第100個(gè)百分位指的就是個(gè)百分位指的就是(jish)一組排序元素中的最后一個(gè)樣本值，即第一組排序元素中的最后一個(gè)樣本值，即第mn個(gè)樣本。個(gè)樣本。第59頁/共69頁第六十頁，共70頁。61g=ordfilt2(f, m*n, ones(m, n)3）實(shí)現(xiàn)

21、）實(shí)現(xiàn)(shxin)中值濾波器中值濾波器數(shù)字圖像處理中最著名數(shù)字圖像處理中最著名(zhmng)的統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器是中值濾波器，它對(duì)應(yīng)的是第的統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波器是中值濾波器，它對(duì)應(yīng)的是第50個(gè)百分位。個(gè)百分位。g=ordfilt2(f, median(1:m*n), ones(m, n)median(1:m*n)簡單地計(jì)算序列簡單地計(jì)算序列1,2,m*n的中值。的中值。第60頁/共69頁第六十一頁，共70頁。623）實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)(shxin)中值濾波器中值濾波器基于基于(jy)實(shí)際應(yīng)用中的重要性，工具箱提供一個(gè)二維中值濾波器函數(shù)：實(shí)際應(yīng)用中的重要性，工具箱提供一個(gè)二維中值濾波器函數(shù)：g=medfilt2(f, m n, padopt)數(shù)組數(shù)組m n定義了一個(gè)大小為定義了一個(gè)大小為m*n的鄰域，中值就在該鄰域上計(jì)的鄰域，中值就在該鄰域上計(jì)算；算；Padopt指定了三個(gè)可能的邊界填充選項(xiàng)之一：指定了三個(gè)可能的邊界填充選項(xiàng)之一：zeros:默認(rèn)值默認(rèn)值symmetric ：f按照鏡像反射方式對(duì)稱地沿其邊界擴(kuò)展按照鏡像反射方式對(duì)稱地沿其邊界擴(kuò)展indexed:若若f是是double類圖像類圖像(