圖像處理-chapter4-02課件

(數(shù)字)圖像處理(Digital)ImageProcessing1第四章圖像增強(qiáng)4.1灰度級(jí)修正4.2圖像的同態(tài)增晰4.3圖像平滑4.4圖像銳化4.5圖像偽彩色處理4.6圖像的幾何校正24.2圖像同態(tài)增晰一、目的問(wèn)題：灰度動(dòng)態(tài)范圍很大，而感興趣區(qū)域物體灰度級(jí)范圍很小，分不清層次和細(xì)節(jié)

原因：不均勻照度對(duì)圖像造成的影響，若物體受到照度明暗不勻的時(shí)候，圖象上對(duì)應(yīng)照度暗的部分，其細(xì)節(jié)就較難辨別。

3

照度,反射系數(shù)。

同態(tài)增晰的目的：消除不均勻照度的影響而又不損失圖象細(xì)節(jié)。其中照明函數(shù)描述景物的照明，與景物無(wú)關(guān)，

反射函數(shù)包含景物的細(xì)節(jié)，與照明無(wú)關(guān)，。4依據(jù)：圖象的灰度由照射分量和反射分量合成。反射分量反映圖象內(nèi)容，隨圖象細(xì)節(jié)不同在空間上作快速變化。照射分量在空間上通常均具有緩慢變化的性質(zhì)。照射分量的頻譜落在空間低頻區(qū)域，反射分量的頻譜落在空間高頻區(qū)域。5二、原理g(x,y)FFT變換同態(tài)濾波H(u,v)FFT反變換指數(shù)變換對(duì)數(shù)變換(a)同態(tài)增晰方框圖f(x,y)6(b)同態(tài)增晰濾波函數(shù)曲線2.0H(u,v)(u,v)1.01.50.00.57步驟：

(1)

(2)8步驟：(3)壓縮fi(x,y)分量的變化范圍，削弱

增強(qiáng)fr(x,y)分量的對(duì)比度，提升增強(qiáng)細(xì)節(jié)。確定H(u,v)。9步驟：（4）求反變換10步驟：（5）求指數(shù)變換11lnFFTH(u,v)FFT-1expf(x,y)g(x,y)1213141516174.3圖像平滑圖像平滑的目的：減少噪聲，即減弱傅立葉空間的高頻分量，因?yàn)楦哳l分量對(duì)應(yīng)圖像中的區(qū)域邊緣等灰度值具有較大變化的部分，濾波器將這一部分濾去可使圖像平滑。18噪聲分類(lèi)按照《噪聲污染防治法》可將噪聲分為：工業(yè)噪聲（環(huán)保部門(mén)）建筑施工噪聲（環(huán)保部門(mén)）交通運(yùn)輸噪聲（公安交通管理部門(mén)）社會(huì)生活噪聲（可分七類(lèi)，由不同部門(mén)處理監(jiān)管）19內(nèi)部噪聲：（1）光和電的基本性質(zhì)引起噪聲（2）電器機(jī)械運(yùn)動(dòng)（3）元器件材料（4）系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備電路外部噪聲：系統(tǒng)外部干擾從電磁波或經(jīng)電源串入系統(tǒng)內(nèi)部圖像噪聲按其產(chǎn)生原因：20按統(tǒng)計(jì)特性來(lái)分：平穩(wěn)噪聲：其統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化的噪聲非平穩(wěn)噪聲：其統(tǒng)計(jì)特性隨時(shí)間變化的噪聲21按噪聲和信號(hào)關(guān)系來(lái)分：加性噪聲乘性噪聲

22帶通噪聲(有色噪聲)和白噪聲白噪聲：在頻域上不存在信號(hào)能量突然變大的頻帶，在時(shí)域上也找不到信號(hào)能量突然變大的時(shí)間段，即它在頻域和時(shí)域上的分布是一致的。功率譜密度在整個(gè)頻域均勻的。如熱噪聲。是理想化噪聲模型，因?yàn)椴豢赡苡袔挓o(wú)限寬的信號(hào)。帶通噪聲：在某個(gè)頻帶上信號(hào)的能量突然變大。如交流電噪聲，它的能量主要集中在50Hz左右。23標(biāo)準(zhǔn)白噪聲和高斯白噪聲

標(biāo)準(zhǔn)白噪聲：幅度均值為零，方差為一常數(shù)。高斯白噪聲：它的幅度分布(概率密度函數(shù))服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。

熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。24一維高斯白噪聲N(0.0128,0.9596)25高斯噪聲，均值128，均方30高斯噪聲圖直方圖，均值128，均方3026噪聲信號(hào)公式描述白噪聲：

其功率譜密度函數(shù)為：n0為一常數(shù)，單位為W/HZ

27高斯噪聲：

高斯噪聲信號(hào)的一維概率密度函數(shù)如右式。α為噪聲的數(shù)學(xué)期望值，也就是均值；σ為噪聲的方差。28椒鹽噪聲（PepperandSalt）：即黑圖像的白點(diǎn)、白圖像上的黑點(diǎn)，往往由圖像中的孤立噪聲點(diǎn)。對(duì)圖像的質(zhì)量影響由椒鹽噪聲的強(qiáng)度。Inoise=d*prod(size(I))d是強(qiáng)度，d=0.0529斑點(diǎn)噪聲（Speckle）：均勻分布的隨機(jī)噪聲Inoise=I+n*I,n是一個(gè)均勻分布的隨機(jī)噪聲（均值為0，方差為V）v=0.0430直接在空間域上對(duì)圖象進(jìn)行平滑處理。該方法便于實(shí)現(xiàn)，計(jì)算速度快，結(jié)果也比較令人滿意。（一）簡(jiǎn)單局部平均法設(shè)有一幅數(shù)字有噪圖象4.3.1鄰域平均31(a)四鄰域(b)八鄰域鄰域概念32經(jīng)局部平均處理后，得到平滑圖象為：簡(jiǎn)單局部平均法f(x,y)為原始圖，n(x,y)為噪聲，S：點(diǎn)(x,y)鄰域內(nèi)的點(diǎn)集，M：S內(nèi)總點(diǎn)數(shù)。33效果：鄰域平均法效果與鄰域半徑有關(guān)。半徑愈大，則圖像的模糊程度越大。缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)是在降低噪聲的同時(shí)使圖像產(chǎn)生模糊，特別在邊沿和細(xì)節(jié)處，鄰域越大，模糊越厲害。改進(jìn)：可以采用閾值法，亦就是根據(jù)下列準(zhǔn)則形成平滑圖像。

34鄰域平均法實(shí)例35例如：設(shè)圖像中某一個(gè)區(qū)域?yàn)椋哼x取3×3模板結(jié)果36常見(jiàn)模板37用公式描述38模板處理示意圖模板

原圖模板操作后圖象為x表示邊界上無(wú)法進(jìn)行模板操作的點(diǎn)，通常的做法是復(fù)制原圖的灰度，不進(jìn)行任何處理。模板操作實(shí)現(xiàn)了一種鄰域運(yùn)算(NeighborhoodOperation)，即，某個(gè)像素點(diǎn)的結(jié)果不僅和本像素灰度有關(guān)，而且和其鄰域點(diǎn)的值有關(guān)。39forx=1:3fory=1:4form=1:2forn=1:2g(x,y)=g(x,y)+f(x+m-1,y+n-1)*h(m,n);endendendend40平滑濾波實(shí)例414.3.3頻率域低通濾波頻率域處理方法：G(u,v)=H(u,v)F(u,v)付里葉變換線性低通濾波器付里葉反變換g(x,y)

頻域低通濾波框圖F(u,v)G(u,v)f(x,y)42(1)理想低通濾波器(ILPF)其中D0為截止頻率，

D(u,v)=(u2+v2)1/2：頻率平面原點(diǎn)到點(diǎn)(u,v)的距離。43理想低通濾波器特點(diǎn)： 物理上不可實(shí)現(xiàn) 有振鈴(抖動(dòng))現(xiàn)象 濾除高頻成分使圖象變模糊44理想低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖45理想低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖46振鈴現(xiàn)象47更為嚴(yán)重的振鈴現(xiàn)象48原圖濾波結(jié)果低通濾波函數(shù)49(2)巴特沃思低通濾波器(BLPF)D(u,v)=D0，H(u,v)降為最大值的。n為階數(shù)。501階巴特沃思低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖511階巴特沃斯低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖523階巴特沃思低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖533階巴特沃思低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖54(3)指數(shù)形低通濾波器(ELPF)D(u,v)=D0，H(u,v)降為最大值的。n為階數(shù)。551階指數(shù)形低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖561階指數(shù)形低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖573階指數(shù)形低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖583階指數(shù)形低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖59(4)梯形低通濾波器(TLPF)60梯形低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)三維圖61梯形低通濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)剖面圖624.3.4多幅圖像平均多幅圖像平均法是利用對(duì)同一景物的多幅圖像取平均來(lái)消除噪聲產(chǎn)生的高頻成分。63多幅平均法64原圖平均2次平均8次平均4次65

用局部中值代替局部平均值。令[f(x,y)]--原始圖象陣列，[g(x,y)]--中值濾波后圖象陣列，

f(x,y)--灰度級(jí)，

g(x,y)--以f(x,y)為中心的窗口內(nèi)各象素的灰度中間值。4.3.5中值濾波66取3×3窗口中值濾波法從小到大排列，取中間值67取N=3中值濾波去除噪聲200顯然是個(gè)噪聲。68取N=3中值濾波去除噪聲200顯然是個(gè)噪聲。69取N=3中值濾波去除噪聲200顯然是個(gè)噪聲。70取N=3中值濾波去除噪聲200顯然是個(gè)噪聲。71取N=3中值濾波去除噪聲200顯然是個(gè)噪聲。72取N=3中值濾波去除噪聲200顯然是個(gè)噪聲。濾波后，200被去除。73中值濾波對(duì)持續(xù)期小于窗寬（N=5）的1/2的脈沖將進(jìn)行抑制階躍信號(hào)74中值濾波對(duì)持續(xù)期小于窗寬（N=5）的1/2的脈沖將進(jìn)行抑制斜坡信號(hào)75中值濾波對(duì)持續(xù)期小于窗寬（N=5）的1/2的脈沖將進(jìn)行抑制單脈沖76中值濾波對(duì)持續(xù)期小于窗寬（N=5）的1/2的脈沖將進(jìn)行抑制雙脈沖77中值濾波對(duì)持續(xù)期小于窗寬（N=5）的1/2的脈沖將進(jìn)行抑制三脈沖78中