数字图像处理清华刘直芳图像增强下PPT课件VIP

1、在具体增强应用中，f (x, y)是给定的（所以F(u, v)可利用变换得到），需要确定的是H(u, v)，这样具有所需特性的g(x, y)就可由算出G(u, v)而得到：步骤：(1) 转换到频域(2) 在频域增强(3) 转换回空域4.1 频域增强原理 ),( ),(H1yxfTETyxg第2页/共27页第1页/共27页卷积定理增 强 图步 骤(1) 计算图象的变换(2) 在频域滤波(3) 反变换回图象空间频域滤波低通，高通，带通/带阻，同态),(),(),(vuFvuHvuG),(),(),(1vuFvuHyxg-T4.1 频域增强原理第3页/共27页第2页/共27页 频率域增强技术低通滤波

2、低通滤波高通滤波高通滤波同态滤波同态滤波第4页/共27页第3页/共27页频域图像平滑（低通）滤波图像中的边缘和噪声都对应图像傅立叶变换中的高频部图像中的边缘和噪声都对应图像傅立叶变换中的高频部分，如要在频域中消弱其影响，设法减弱这部分频率的分，如要在频域中消弱其影响，设法减弱这部分频率的分量分量选择合适的选择合适的H(u,v)以得到消弱以得到消弱F(u,v)高频分量的高频分量的G(u,v)1、理想低通滤波器（、理想低通滤波器（ILPF）Ideal Low Pass FilterD0为截止频率为截止频率D(u,v)为频率平面上的点为频率平面上的点(u,v)到原点的距离到原点的距离不同的H(u,v

3、)，得到不同的低通滤波1 D(u,v)D00 D(u,v)D0),(vuH第5页/共27页第4页/共27页理想低通滤波器，是指以截频理想低通滤波器，是指以截频D0为半径的圆内的所有频为半径的圆内的所有频率都能无损通过，而在截频之外的频率分量完全被衰减。率都能无损通过，而在截频之外的频率分量完全被衰减。在通带和阻带之间明显的陡峭。在通带和阻带之间明显的陡峭。理想低通滤波器可以用计算机模拟实现，但却不能用电理想低通滤波器可以用计算机模拟实现，但却不能用电子元器件来实现。子元器件来实现。理想低通滤波器平滑处理的概念是清晰的，但在处理过理想低通滤波器平滑处理的概念是清晰的，但在处理过程中会产生较严重的

4、模糊和振铃现象。程中会产生较严重的模糊和振铃现象。D0越小，这种现越小，这种现象越严重。这是理想滤波器不可克服的弱点。象越严重。这是理想滤波器不可克服的弱点。第6页/共27页第5页/共27页理想低通滤波器的模糊理想低通滤波产生理想低通滤波产生“振铃振铃”现象现象第7页/共27页第6页/共27页实例(a) (b) (c)(d) (e) (f) (g)第8页/共27页第7页/共27页2、巴特沃兹低通滤波器（、巴特沃兹低通滤波器（BLPF）nDvuDvuH20/ ),(11),(N阶巴特沃兹低通滤波器的传递函数阶巴特沃兹低通滤波器的传递函数 物理上可实现（理想低通滤波器在数学上定义得很清楚，在计算机

5、模拟中也可实现，但在截断频率处直上直下的理想低通滤波器是不能用实际的电子器件实现的）第9页/共27页第8页/共27页 巴特沃兹低通滤波器又称为最大平坦滤波器。在巴特沃兹低通滤波器又称为最大平坦滤波器。在通带和阻带之间有通带和阻带之间有一个平滑的过渡带一个平滑的过渡带。通常把。通常把H(u,v)下降到某一值得那点定位截止频率下降到某一值得那点定位截止频率D0。第10页/共27页第9页/共27页(a) (b) (c)(d) (e) (f)第11页/共27页第10页/共27页 与理想低通滤波器的处理结果相比，巴特沃兹滤波器处理的图像模糊程度减少，因为它的H(u,v)不是陡峭的截止特性，它的尾部会包含

6、大量的高频成分。 另外经巴特沃兹低通滤波器处理的图像将不会有振铃现象。这是由于在滤波器的通带和阻带之间有一平滑过渡的缘故。第12页/共27页第11页/共27页频域图像锐化滤波1、理想高通滤波器、理想高通滤波器通过高通滤波正好把以通过高通滤波正好把以D0为半径的圆内的频率成分衰减为半径的圆内的频率成分衰减掉，对圆外的频率成分则无损通过。可以通过计算机模掉，对圆外的频率成分则无损通过。可以通过计算机模拟实现，但不可能用电子元器件实现。拟实现，但不可能用电子元器件实现。0 D(u,v)D01 D(u,v)D0),(vuH第13页/共27页第12页/共27页2、巴特沃兹高通滤波器、巴特沃兹高通滤波器n

7、vuDDvuH20),(/11),(第14页/共27页第13页/共27页结果巴特沃兹低通滤波器处理的图像比理想滤波器处巴特沃兹低通滤波器处理的图像比理想滤波器处理的效果平滑。理的效果平滑。第15页/共27页第14页/共27页同态滤波 在实际工作中，存在一类图像，灰度级动态范围很大，即黑的部分很黑，白的部分很白，而感兴趣的某部分物体灰度级范围又小，分不清物体的灰度层次和细节 采用一般的灰度线性变换是不行的，因为扩展灰度级虽可以提高物体图像的反差，但会使动态范围更大，而压缩灰度级，虽可以减少动态范围，但物体灰度层次和细节都不清晰 采用图像同态滤波方法，如果使用合适的滤波特性函数，可以达到既压缩灰度

8、动态范围，又能让感兴趣的物体部分灰度级扩展，从而使图像清晰第16页/共27页第15页/共27页 同态滤波是一种在频域中同时将图像亮度范围进行压缩和将图像对比度进行增强的方法即把频率过滤和灰度变换结合起来 以图像的照明反射模型作为频域处理的基础，设自然景物的图像f(x,y)可以表示成它的照度分量i(x,y)与反射分量r(x,y)的乘积 照度分量集中在低频段，描述景物的照明，与景物无关 反射分量集中在高频段，描述景物的细节 ，与照明无关),(),(),(yxryxiyxf第17页/共27页第16页/共27页同态滤波同态滤波 ),(),(),(yxryxiyxf),(ln),(ln),(lnyxry

9、xiyxf),(),(),(vuRvuIvuF第18页/共27页第17页/共27页同态滤波同态滤波 ),(),(),(),(),(),(vuRvuHvuIvuHvuFvuH),(),(),(yxhyxhyxhrif| ),(|exp| ),(|exp| ),(|exp),(yxhyxhyxhyxgrif第19页/共27页第18页/共27页同态滤波同态滤波 第20页/共27页第19页/共27页关键：在频率域对关键：在频率域对 I(u,v) 和和R(u.v) 分别进行修正分别进行修正照度分量变化缓慢，但变化幅度很大，使图像的动态照度分量变化缓慢，但变化幅度很大，使图像的动态范围很宽，占用很大比特数

10、，对图像信号传输、处理和范围很宽，占用很大比特数，对图像信号传输、处理和存储提出很高的要求，但它又不包含多少信息量，因此存储提出很高的要求，但它又不包含多少信息量，因此将其压缩将其压缩反射分量描述的景物，特别是阴影区（如山沟中的建反射分量描述的景物，特别是阴影区（如山沟中的建筑物）图像灰度级范围很小，层次不清，细节不明，可筑物）图像灰度级范围很小，层次不清，细节不明，可这正是人们感兴趣的，为此将其扩展，以获得更多的信这正是人们感兴趣的，为此将其扩展，以获得更多的信息息将图像频谱乘上一个传递函数将图像频谱乘上一个传递函数H(u,v)的同态滤波器，图像在的同态滤波器，图像在低频段被压缩，在高频段增

11、强，从而达到图像增强的目的低频段被压缩，在高频段增强，从而达到图像增强的目的),(),(),(),(),(),(vuRvuHvuIvuHvuFvuH第21页/共27页第20页/共27页 这样就获得了增强后的图像，显然针对图像本身特性以及实用需要选用不同形状的传递函数，就会对整个图像灰度级范围进行不同程度的压缩，而对其中感兴趣的景物灰度级进行不同的扩展，从而得到合适的层次和细节。 第22页/共27页第21页/共27页同态滤波同态滤波 第23页/共27页第22页/共27页局部增强 前面都可以认为是对整幅图像进行操作。在实际中，对某些局部信息感兴趣，其象素数量相对于整幅图像的象素数量往往较小，利用整幅图像算得的变换或转移函数并不能保证在这些局部区域能得到增强效果直方图变换是空域增强中最常用的方法，也容易用于局直方图变换是空域增强中最常用的方法，也容易用于局部增强。部增强。第24页/共27页第23页/共27页彩色图像增强 人眼只能分辩几十种不同