1、第1页第2讲图像处理与分析图像处理与分析第一部分：第一部分： 第二部分：第二部分： 图像处理图像处理 图像分析图像分析1. 基础知识 5. 形态学图像处理2. 空域处理 6. 图像分割3. 频域处理 7. 表示与描述4. 彩色图像 8. 特征提取 第2页第2讲第一部分第一部分 ：图像处理：图像处理2 空域增强技术空域增强技术空域增强技术第3页第2讲空域增强技术第一部分第一部分-2 空域增强技术空域增强技术 2.1 空域技术分类2.2 像素间运算2.3 直接灰度映射2.4 直方图变换2.5 线性滤波2.6 非线性滤波2.7 局部增强第4页第2讲空域增强技术第一部分第一部分-2 空域增强技术空域增
2、强技术 第5页第2讲第一部分第一部分-2 空域增强技术空域增强技术 空域增强技术第6页第2讲空域增强技术图像增强图像增强目标目标：改善图像质量/改善视觉效果标准标准：相当主观，因人而异 没有完全通用的标准 可以有一些相对一致的准则技术：技术：“好”，“有用”的含义不相同 具体增强技术也可以大不相同空域增强技术空域增强技术 第7页第2讲空域增强技术空域增强技术 空域增强技术第8页第2讲空域增强技术空域增强技术 空域增强技术第9页第2讲空域增强技术空域增强技术 空域增强技术第10页第2讲空域增强技术空域增强技术 空域增强技术第11页第2讲空域增强技术2.1 空域技术分类空域技术分类空域：空域：指由
3、像素组成的空间 空域增强：空域增强： 点操作点操作：灰度点操作几何操作),( ),(HyxfEyxg),(),(yxfPyxgxy),(),(yxMyx第12页第2讲空域增强技术2.1 空域技术分类空域技术分类点操作点操作：(1) 借助对一系列图像间的操作进行变换(2) 将f ()中的每个像素按EH操作直接变换以得到g()；(3) 借助f ()的直方图进行变换模板操作（涉及邻域）模板操作（涉及邻域）： )(HsEt )( , HsnsEt 第13页第2讲空域增强技术2.2 图像间运算图像间运算 图像间的运算指以图像为单位进行的操作，运算的结果是一幅新图像 2.2.1 算术和逻辑运算2.2.2
4、图像间运算的应用第14页第2讲空域增强技术2.2.1 算术和逻辑运算1. 算术运算算术运算(1) 加法：记为p + q(2) 减法：记为p q(3) 乘法：记为p q(2) 除法：记为pq 对整幅图像的算术和逻辑运算是逐像素进行的，即在两幅图像的对应（位置）像素间进行 第15页第2讲空域增强技术2.2.1 算术和逻辑运算2. 逻辑运算（只用于二值图像）逻辑运算（只用于二值图像）(1) 补（COMPLEMENT）：记为NOT q(2) 与（AND）：记为p AND q (3) 或（OR）：记为p OR q(2) 异或（XOR）：记为p XOR q第16页第2讲空域增强技术u主要应用举例去除“叠加
5、性”噪音生成图象叠加效果2.2.2 图像间运算的应用第17页第2讲2.2.2 图像间运算的应用空域增强技术第18页第2讲2.2.2 图像间运算的应用空域增强技术第19页第2讲空域增强技术图像间减法的应用图像间减法的应用u主要应用举例去除不需要的叠加性图案检测同一场景两幅图象之间的变化计算物体边界的梯度= =- -第20页第2讲空域增强技术图像间乘法的应用图像间乘法的应用u主要应用举例 图象的局部显示，用二值模板图象与原图象做乘法第21页第2讲空域增强技术2.3 直接灰度映射直接灰度映射 将 f (x, y)中的每个像素灰度按EH 操作直接变换以得到g(x, y)2.3.1 灰度映射原理 2.3
6、.2 典型灰度映射 第22页第2讲2.3 直接灰度映射直接灰度映射 空域增强技术第23页第2讲空域增强技术2.3.1 灰度映射原理直接灰度映射是一种点操作第24页第2讲空域增强技术1、图像求反2、 增强对比度3、动态范围压缩2、灰度切分2.3.2 典型灰度映射第25页第2讲2.3.2 典型灰度映射空域增强技术第26页第2讲2.3.2 典型灰度映射空域增强技术第27页第2讲2.3.2 典型灰度映射空域增强技术第28页第2讲2.3.2 典型灰度映射空域增强技术第29页第2讲2.3.2 典型灰度映射空域增强技术第30页第2讲空域增强技术第31页第2讲空域增强技术第32页第2讲2.3.2 典型灰度映射
7、空域增强技术第33页第2讲2.3.2 典型灰度映射第34页第2讲2.3.2 典型灰度映射空域增强技术第35页第2讲空域增强技术2.3.2 典型灰度映射位平面切片位平面切片 假设图像中每个像素的灰度级是假设图像中每个像素的灰度级是256，这可以用，这可以用8位来表位来表示，假设图像是由示，假设图像是由8个个1位平面组成，范围从位平面位平面组成，范围从位平面0到位到位平面平面7。其中，位平面。其中，位平面0包含图像中像素的最低位，位平面包含图像中像素的最低位，位平面7包含像素的最高位。包含像素的最高位。第36页第2讲2.3.2 典型灰度映射u位平面切片空域增强技术第37页第2讲2.3.2 典型灰度
8、映射空域增强技术第38页第2讲位平面切片空域增强技术第39页第2讲空域增强技术2.4 直方图变换直方图变换 直方图是图像的一种统计表达 直方图反映了图中灰度的分布情况2.4.1 直方图均衡化 2.4.2 直方图规定化 第40页第2讲空域增强技术灰度统计直方图1-D的离散函数提供了图像像素的灰度值分布情况计算：设置一个有 L 个元素的数组，对原图的灰度值进行统计2.4.1 直方图均衡化nnkHk)(第41页第2讲2.4.1 直方图均衡化空域增强技术第42页第2讲2.4.1 直方图均衡化空域增强技术第43页第2讲2.4.1 直方图均衡化空域增强技术第44页第2讲2.4.1 直方图均衡化空域增强技术
9、第45页第2讲空域增强技术第46页第2讲空域增强技术第47页第2讲空域增强技术直方图均衡化借助直方图变换实现（归一的）灰度映射均衡化（线性化）基本思想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。变换原始图像的直方图为均匀分布 = 扩大动态范围使像素灰度值的动态范围最大 = 增强图像整体对比度（反差）2.4.1 直方图均衡化第48页第2讲空域增强技术归一化直方图增强函数(1) EH(r)： 单值单增函数，各灰度级在变换后仍保持排列次序(2) 变换前后灰度值动态范围一致10Lr1)(0HLrE1 , , 1 , 010)(Lkrnnrpkkkr2.
10、4.1 直方图均衡化第49页第2讲空域增强技术（归一化）累积直方图(1)tk 是 k 的单值单增函数 (2)灰度取值范围一致，0 tk 1 (3)将r的分布转换为t 的均匀分布 kiirkiikkrpnnrEHt00)()(2.4.1 直方图均衡化第50页第2讲空域增强技术2.4.1 直方图均衡化第51页第2讲空域增强技术2.4.1 直方图均衡化第52页第2讲2.4.1 直方图均衡化空域增强技术第53页第2讲空域增强技术借助直方图变换实现规定/特定的灰度映射(1) 对原始直方图进行灰度均衡化(2) 规定需要的直方图，计算能使规定直方图均衡化的变换(3) 将原始直方图对应映射到规定直方图kiis
11、iskspsEHt0)()(ljjujulupuEHv0)()(2.4.2 直方图规定化三三个个步步骤骤第54页第2讲空域增强技术两种映射/对应规则(1) 单映射规则(2) 组映射规则（I(l)：整数函数）1 , , 1 , 01 , , 1 , 0)()(00NlMkupspljjukiis1 , , 1 , 0)()()(00NlupsplIiljjuis2.4.2 直方图规定化第55页第2讲2.4.2 直方图规定化空域增强技术第56页第2讲2.4.2 直方图规定化空域增强技术第57页第2讲空域增强技术2.4.2 直方图规定化第58页第2讲空域增强技术直方图规定化 vs. 直方图均衡化直方
12、图均衡化： 自动增强 效果不易控制 总得到全图增强的结果直方图规定化： 有选择地增强 须给定需要的直方图 可特定增强的结果2.4.2 直方图规定化第59页第2讲空域增强技术2.5 线性滤波线性滤波利用像素本身以及其邻域像素的灰度关系进行增强的方法常称为滤波 2.5.1 技术分类和实现原理模板卷积，邻域操作2.5.2 线性平滑滤波器 减弱或消除图像中的噪声 第60页第2讲空域增强技术2.5.1 技术分类和实现原理功能特点线性非线性平滑（低通）G1G2锐化（高通）G3G4在图像空间借助模板进行邻域操作分类1： (1)线性：如邻域平均 (2)非线性：如中值滤波分类2： (1)平滑：模糊，消除噪声(2
13、)锐化：增强被模糊的细节第61页第2讲2.5.1 技术分类和实现原理空域增强技术第62页第2讲空域增强技术第63页第2讲空域增强技术sXYxyXYxyR4s2385sssssss76104kkkkkk32kkk50167800881100skskskR滤波器实现 邻域运算：2.5.1 技术分类和实现原理第64页第2讲空域增强技术4kkkkkk32kkk5016781111111111、邻域平均邻域平均系数都是正的保持灰度值范围（所有系数之和为1）例：3 3 模板101MiiiskMz2.5.2 线性平滑滤波器第65页第2讲空域增强技术2、加权平均加权平均中心系数大周围系数小2.5.2 线性平滑
14、滤波器第66页第2讲2.5.2 线性平滑滤波器空域增强技术第67页第2讲2.5.2 线性平滑滤波器空域增强技术第68页第2讲2.5.2 线性平滑滤波器空域增强技术第69页第2讲空域增强技术2.6 非线性滤波非线性滤波 逻辑的、几何的、代数的非线性滤波器 基于集合的、基于形状的、基于排序的 2.6.1 非线性平滑滤波器2.6.2 非线性锐化滤波器第70页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第71页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第72页第2讲空域增强技术2.6.1 非线性平滑滤波器既消除噪声又保持细节（不模糊）中值（中值（median）滤波器滤波器(1) 将模板中心与像素
15、位置重合(2) 读取模板下各对应像素的灰度值(3) 将这些灰度值从小到大排成1列(2) 找出这些值里排在中间的1个(5) 将这个中间值赋给模板中心位置像素第73页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第74页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第75页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第76页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第77页第2讲空域增强技术中值（median）滤波器的模板中值滤波器的消噪声效果与两个不同的，但又有联系的因素有关。首先是模板的尺寸，其次是参与运算的像素数图像中尺寸小于模板尺寸一半的过亮或过暗区域将会在滤波后会被消除掉(a)(b
16、)(c)(d)(e)(f)2.6.1 非线性平滑滤波器第78页第2讲空域增强技术百分比（percentile）滤波器中值滤波器是一个特例特例最大值最小值中点滤波器2.6.1 非线性平滑滤波器第79页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第80页第2讲2.6.1 非线性平滑滤波器空域增强技术第81页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第82页第2讲空域增强技术1、非线性锐化滤波器、非线性锐化滤波器利用微分可以锐化图像（积分平滑图像） 梯度：对应一阶导数 最常用的微分矢量（需要用2个模板分别沿 X和 Y 方向计算） Tyfxff2.6.2 非线性锐化滤波器第83页第2讲2.6.2
17、 非线性锐化滤波器空域增强技术第84页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第85页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第86页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第87页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器u从模板形式容易看出，如果在图像中一个较暗的区域中出现了一个亮点，那么用拉普拉斯运算就会使这个亮点变得更亮。u图像中的边缘就是那些灰度发生跳变的区域，所以拉普拉斯锐化模板中边缘检测中很有用。u但该算子也会增强图像中的噪声，有时可将图像先进行平滑处理再用拉普拉斯算子。空域增强技术第88页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第89页第2讲2.6.2 非线性锐
18、化滤波器空域增强技术第90页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第91页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第92页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第93页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第94页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第95页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第96页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第97页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第98页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第99页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第100页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第101页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第102页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第103页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第104页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第105页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第106页第2讲2.6.2 非线性锐化滤波器空域增强技术第107页第2讲作业作业u复习理解学过的内容复习理解学过的内容u编程实践所学过的方法。编程实践所学过的方法。u预习频域图像增强。预习频域图像增强。空域增强技术
