數(shù)字圖像處理新技術(shù)

1、圖像增強(qiáng)1問題的引入 看兩個(gè)圖例，分析畫面效果不好的原因。亮暗差別不是很大亮暗差別太大2解決問題的思路 提高對(duì)比度，增加清晰度3對(duì)比度的概念 對(duì)比度：通俗地講，就是亮暗的對(duì)比程度。 對(duì)比度通常表現(xiàn)了圖像畫質(zhì)的清晰程度。4對(duì)比度的計(jì)算對(duì)比度的計(jì)算公式如下：即相鄰像素間的灰度差即相鄰像素間的灰度差為的像素分布概率其中：像素相鄰：四近鄰八近鄰5對(duì)比度的計(jì)算例設(shè)圖像為：6圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)的目的是為了改善畫質(zhì)，使圖像的顯示效果更加清晰。本章中主要介紹的內(nèi)容包括：線性對(duì)比度展寬動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整直方圖均衡化處理偽彩色技術(shù)7線性對(duì)比度展寬對(duì)比度展寬的目的是：通過將亮暗差異（即對(duì)比度）擴(kuò)大，來把人所關(guān)心的部分強(qiáng)調(diào)出

2、來。原理是，進(jìn)行像素點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，灰度級(jí)的線性影射。該影射關(guān)系通過調(diào)整參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)亮暗差異的擴(kuò)大。8線性對(duì)比度展寬 實(shí)現(xiàn)方法設(shè)原圖、處理后的結(jié)果圖的灰度值分別為f(i,j)和g(i,j)；要求g(i,j)和f(i,j)均在0，255間變化，但是g的表現(xiàn)效果要優(yōu)于f。因?yàn)閒和g的取值范圍相同，所以通過 抑制 不重要的部分，來 擴(kuò)展 所關(guān)心部分的對(duì)比度。9線性對(duì)比度展寬 實(shí)現(xiàn)方法為了達(dá)到上面所提出的目的，原圖（橫軸上的f(i,j)）與處理后圖（縱軸上的g(i,j)）的灰度影射關(guān)系可用下圖表示。255abfg255gagb(i,j)(i,j)10線性對(duì)比度展寬 實(shí)現(xiàn)方法將上面圖示的影射關(guān)系，用計(jì)算公式

3、表達(dá)即為：11線性對(duì)比度展寬 灰級(jí)窗當(dāng)256個(gè)灰度級(jí)所表示的亮暗范圍內(nèi)的信息量太大，沒辦法很好地表述時(shí)，通過開窗的方式，每次只把窗內(nèi)的灰度級(jí)展寬，而把窗外的灰度級(jí)完全抑制掉。（示例）例如，CT圖像的原始數(shù)據(jù)為12bit （或是16bit），要將其顯示出來，則只能轉(zhuǎn)換為8bit，于是有了16歸并為1（或256歸并為1）的需要。這時(shí)，開骨窗、肌肉窗、組織窗就可分別清晰地顯示相應(yīng)的內(nèi)容。12線性對(duì)比度展寬 灰級(jí)窗的實(shí)現(xiàn)方法如圖所示，繪級(jí)窗實(shí)際上是線性對(duì)比度展寬的一種特殊形式。255abfg255gagb(i,j)(i,j)255abfg255(i,j)(i,j)線性對(duì)比度展寬灰級(jí)窗13動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整

4、動(dòng)態(tài)范圍的概念動(dòng)態(tài)范圍：是指圖像中所記錄的場(chǎng)景中從暗到亮的變化范圍。動(dòng)態(tài)范圍對(duì)人視覺的影響：由于人眼所可以分辨的灰度的變化范圍是有限的，所以當(dāng)動(dòng)態(tài)范圍太大時(shí)，很高的亮度值把暗區(qū)的信號(hào)都掩蓋了。14動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整的思路動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整思路： 通過動(dòng)態(tài)范圍的壓縮可以將所關(guān)心部分的灰度級(jí)的變化范圍擴(kuò)大。動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法分為以下兩種：1）線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整2）非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整15線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 基本思路通過把原圖中“不太黑”的像素也變成黑，把原圖中“不太白”的相素也變成白的方式，來壓縮動(dòng)態(tài)范圍，使新的圖像中，關(guān)心部分的對(duì)比度可以展寬。如下圖所示，將原來0,255范圍內(nèi)的亮暗變化，壓縮到a,b

5、范圍內(nèi)。黑白ab025516線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 實(shí)現(xiàn)方法按照上面的設(shè)計(jì)思路，可以得到新圖與原圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下?？梢钥吹?，線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整的影射關(guān)系與灰級(jí)窗的相同。黑白ab0255255abfg255(i,j)(i,j)17線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 例題1399821373360646820529260黑：0 2白：9 703999003933606469005090600299900292270747900509070將2,7轉(zhuǎn)換到0,9作用：進(jìn)行亮暗限幅 g(i,j)=9/5*f(i,j)-18/5C=16.9211C=26.289518非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 原理提出非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整，是因?yàn)榫€性動(dòng)態(tài)范

6、圍調(diào)整的分段線性影射不夠光滑。非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整，要求可以用光滑的曲線來實(shí)現(xiàn)?？紤]到人眼對(duì)視覺信號(hào)的處理過程中，有一個(gè)近似對(duì)數(shù)算子的環(huán)節(jié)，因此，可采用對(duì)數(shù)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整。非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整示例19非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 實(shí)現(xiàn)方法設(shè)原圖為f(i,j)，處理后的圖像為g(i,j)， 則影射關(guān)系為：20非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整 例題13998213733606468205292603599943585580868940749480g(i,j)=9*log(f(i,j)+1)作用：將暗的部分?jǐn)U展，而將亮的部分抑制。C=16.9211C=18.763221直方圖均衡化 基本原理直方圖均衡化方法的基本

7、思想是，對(duì)在圖像中像素個(gè)數(shù)多的灰度級(jí)進(jìn)行展寬，而對(duì)像素個(gè)數(shù)少的灰度級(jí)進(jìn)行縮減。從而達(dá)到清晰圖像的目的。因?yàn)榛叶确植伎稍谥狈綀D中描述，所以該圖像增強(qiáng)方法是基于圖像的灰度直方圖。22設(shè)f、g分別為原圖像和處理后的圖像。求出原圖f的灰度直方圖，設(shè)為h。顯然，在0,255范圍內(nèi)量化時(shí)，h是一個(gè)256維的向量。直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 1.求直方圖23例1399821373360646820529260 f注：這里為了描述方便起見，設(shè)灰度級(jí)的分布范圍為0,9。直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 1.求直方圖241）求出圖像f的總體像素個(gè)數(shù) Nf = m*n (m,n分別為圖像的長(zhǎng)和寬）2）計(jì)算每個(gè)灰度級(jí)的分布概率，即每個(gè)

8、像素在整個(gè)圖像中所占的比例。 hs(i)=h(i)/Nf (i=0,1,255)直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 2.計(jì)算原圖的灰度分布概率25 例hs=h/25直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 2.計(jì)算原圖的灰度分布概率=0.12, 0.08, 0.16, 0.16, 0.04, 0.04, 0.16, 0.04, 0.08, 0.12灰度級(jí) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 926設(shè)圖像各灰度級(jí)的累計(jì)分布hp。 直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 3.計(jì)算原圖灰度的累計(jì)分布27 例直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 3.計(jì)算原圖灰度的累計(jì)分布hs=0.12, 0.08, 0.16, 0.16, 0.04, 0.04, 0.16, 0.04

9、, 0.08, 0.12hp=0.12, 0.20, 0.36, 0.52, 0.56, 0.60, 0.76, 0.80, 0.88, 1.0028直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 4.計(jì)算原、新圖灰度值的影射關(guān)系新圖像g的灰度值g(i,j)為 29例直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 4.計(jì)算原、新圖灰度值的影射關(guān)系hp=0.12, 0.20, 0.36, 0.52, 0.56, 0.60, 0.76, 0.80, 0.88, 1.009*hp= 0, 1.80, 3.24, 4.68, 5.04, 5.40, 6.84, 7.20, 7.92, 9.00 影射關(guān)系：新圖 0, 2, 3, 5, 5, 5, 7,

10、7, 8, 9 原圖 0, 1, 2, 3, 4 , 5 , 6, 7, 8, 9 30例 f2599832575570757830539370g1399821373360646820529260C=16.92119*hpC=15.8421注：請(qǐng)同學(xué)們思考一下，為什么均衡化后的對(duì)比度還降低了？直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 4.計(jì)算原、新圖灰度值的影射關(guān)系31直方圖均衡化方法實(shí)現(xiàn) 5. 原、新圖灰度直方圖比較 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9f 的灰度直方圖g 的灰度直方圖直方圖均衡化方法效果示例32直方圖均衡化方法 比較例 f159984454558086

11、8840448480g1399822323360646620226260C=16.68429*hpC=17.197433直方圖均衡化方法 比較例 f1399821373360646820529260C=16.9211 f1399822323360646620226260C=16.6842結(jié)論：原圖的灰度分布均衡性越差，均衡化后的效果越好。34偽彩色增強(qiáng)方法 基本原理由于人眼分辨不同彩色的能力比分別不同的灰度級(jí)的能力強(qiáng)，因此，把人眼無法區(qū)別的灰度變化，施以不同的彩色來提高識(shí)別率，這便是偽彩色增強(qiáng)的基本依據(jù)。35偽彩色增強(qiáng)方法 基本思路要由灰度圖像生成一幅彩色圖像是一個(gè)一到三的影射。顯然由少信息量

12、獲得多信息量必然是基于估計(jì)原理。也就是說，對(duì)未知的部分，通過各種手段進(jìn)行合理的估計(jì)。研究的目的不同，則給出的灰度到彩色的估計(jì)影射方法也隨之不同。36偽彩色增強(qiáng)方法 分類偽彩色增強(qiáng)方法大致可以分為以下三類：基于灰度變換的偽彩色方法基于灰度調(diào)色板的偽彩色方法基于區(qū)域分割的偽彩色方法37謝謝大家38基于灰度變換的偽彩色方法 基本原理仿照對(duì)溫度的描述方式，當(dāng)溫度比較低，我們會(huì)想到藍(lán)色（又稱冷色調(diào)）。當(dāng)溫度較高的時(shí)候，會(huì)想到紅色（又稱暖色調(diào)）。根據(jù)人感官上的這一特性，將亮度低的影射為藍(lán)色，亮度高的影射為紅色。39基于灰度變換的偽彩色方法 影射關(guān)系由此，可以按照如下所示的影射關(guān)系進(jìn)行偽彩色處理。2550

13、63 127 191 255 fgR2550 63 127 191 255 fgG255fgB0 63 127 191 255 40基于灰度變換的偽彩色方法 影射關(guān)系按照前面的影射關(guān)系，最終可以獲得灰度與彩色的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示?？梢钥吹?，經(jīng)過綜合之后，顏色與光照強(qiáng)度相關(guān)。演示示例41基于灰度調(diào)色板的偽彩色方法 基本原理索引值 R G B 1 R1 G1 B1 2 R2 G2 B2 ： : : : N RN GN BN按照位圖文件的索引色模式，首先根據(jù)需要設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)色板。然后，將灰度值作為調(diào)色板的索引值，完成從灰度到彩色的影射?；叶戎?2基于灰度調(diào)色板的偽彩色方法 影射關(guān)系索引值 R G B 1 R1 G1 B1 2 R2 G2 B2 ： : : : N RN GN BN索引值 R G B 1 R1 G1 B1 2 R2 G2 B2 ： : : : N RN GN BN43基于灰度調(diào)色板的偽彩色方法 調(diào)色板的設(shè)計(jì)例調(diào)入某個(gè)彩色圖像的調(diào)色板，作為偽彩色影射用的灰度調(diào)色板。44基于灰度調(diào)色板的偽彩色方法 調(diào)色板影射例45基于灰度調(diào)色板的偽彩色方法 調(diào)色板影射例46基于區(qū)域分割的偽彩色增強(qiáng)方法 基本原理這是一種對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行不同顏色增強(qiáng)的方法。目的是，可同時(shí)增強(qiáng)并清晰地觀察不同區(qū)域的細(xì)節(jié)