数字图像处理第三章课件

1、Digital Image Processing, 3rd ed.灰度变换与空间滤波Digital Image Processing, 3rd ed.图像坐标系某像素(x,y)的3*3邻域3.1 背景空间域构成图像的全体像素。空间域处理： G(x,y)=Tf(x,y)其中：f/g分别是I/O图像；T是f的上的操作，与(x,y)的邻域有关Digital Image Processing, 3rd ed.反差增强的灰阶转换函数当邻域为1*1时，T有最简单形式点运算Digital Image Processing, 3rd ed.3.2 用于反差增强的一些基本灰阶转换函数crsrcsrLs)1lg(

2、1反转增强暗部增强亮部其中c, r和为正数Digital Image Processing, 3rd ed. Digital Mammogram数字乳房X线照片rLs1a. 原照片 b. 反转反转照片,其中小病变和乳房组织更清晰例一Digital Image Processing, 3rd ed.Fourier频谱图及其Log转换图0到1,500,000线性压到8bit0,255,突出显示最大的变换系数, 牺牲小的变换系数。0到1,500,000用常用对数Lg压到 0到6.2. c=1增强显示小的变换系数,突出细节。例二Digital Image Processing, 3rd ed.指数幂变

3、换crs 其中c和为正常数，图中c=1。 1的效果与zDigital Image Processing, 3rd ed.直方图规定化直方图规定化特特例例Digital Image Processing, 3rd ed.上图的直方图均衡效果上图的直方图均衡效果总体上偏亮总体上偏亮Digital Image Processing, 3rd ed.(1)是手工定义直方图是手工定义直方图的累计频数；的累计频数；(2)是是(1)的反函数。的反函数。将将(2)应用于右下图的效应用于右下图的效果如图果如图c.Digital Image Processing, 3rd ed.局部直方图均衡化局部直方图均衡化D

4、igital Image Processing, 3rd ed.(a)原图原图(b)整体直方图均衡整体直方图均衡(c)局部直方图均衡局部直方图均衡(c)图中的每个像素值是其图中的每个像素值是其7*7邻域局部直方图均衡映射邻域局部直方图均衡映射函数对该点进行映射后的值。突显了原黑斑中的细节函数对该点进行映射后的值。突显了原黑斑中的细节局部直方图均衡化局部直方图均衡化Digital Image Processing, 3rd ed. SEM(Scanning Electron Microscope)钨丝缠绕的扫描电镜图像钨丝缠绕的扫描电镜图像(SEM)例例3.3.4 用直方图统计量进行图像增强用直

5、方图统计量进行图像增强Digital Image Processing, 3rd ed.otherwiseyxfDkDkMkmyxfEyxgGSGGSxyxy, ),(, ),(),(210且当xyxyStststsSrprm),(,)(xyxyStstssttsSrpmr),(,2,2)(p(r)是对应灰度值是对应灰度值r的归一化的局部直方图分量，的归一化的局部直方图分量，S表示某邻域；表示某邻域；k 0,1, M,D是整图的均值是整图的均值,方差方差(b)(a)(c)实验数据：实验数据：K0=0.4K1=0.02K2=0.4E=4.0Digital Image Processing, 3r

6、d ed.比较原图：虽然亮部不变，只有一些暗部被虽然亮部不变，只有一些暗部被增强，但也包括一些不该增强的。增强，但也包括一些不该增强的。本例的思想可以举一反三，用于其它局部增强。本例的思想可以举一反三，用于其它局部增强。Digital Image Processing, 3rd ed.3.5 Basics of Spatial Filtering掩模掩模/模板模板掩模下掩模下的子图的子图Digital Image Processing, 3rd ed.Digital Image Processing, 3rd ed.Digital Image Processing, 3rd ed.Digita

7、l Image Processing, 3rd ed.线性滤波的通式（3.5.1）aasbbttysxftswyxg),(),(),(m*n是滤波器的大小是滤波器的大小, a=(m-1)/2, b=(n-1)/2-),(aasbbttsw=使用时，使用时，g(x,y) 要除以比例因子要除以比例因子点点(x,y)周围像周围像素的素的加权和加权和Digital Image Processing, 3rd ed.模板卷积模板卷积 图象f(x,y) 大小NN 模板(filter mask, template) T(i, j) mm相关：1010),(),(),(),(mimjjyixfjiTyxfTy

8、xg其中x=1,2,N-m+1; y=1,2,N-m+1当m=3时，)2, 2()2 , 2() 1,() 1 , 0(),()0 , 0(),(yxfTyxfTyxfTyxgDigital Image Processing, 3rd ed.卷积卷积： 1010),(),(),(),(mimjjyixfjiTyxfTyxgnninnjjyixfjiTyxfTyxg),(),(),(*),(当当m为奇数（为奇数（2n+1)时：时：演示：演示：lectures_2D_3_linear_filtering_1up.pdfDigital Image Processing, 3rd ed.两个两个平滑平

9、滑滤波器滤波器3.6 Smoothing Spatial Filters3.6.1 平滑平滑空间滤波器空间滤波器Digital Image Processing, 3rd ed.平均滤波器大小从平均滤波器大小从3、5、9、15到到35的平滑效果的平滑效果Digital Image Processing, 3rd ed.太空望远镜图像太空望远镜图像平滑平滑二值化二值化Digital Image Processing, 3rd ed.3.6.2 Order-Statistics Filter 排序统计量滤波器排序统计量滤波器+椒椒盐盐噪噪声声均值滤波均值滤波中值中值滤波滤波Linear filte

10、ring (fspecial) in Matlab help？Digital Image Processing, 3rd ed.3.7 Sharpening Spatial Filters3.7.1 Foundation)() 1(xfxfxf)(2) 1() 1(22xfxfxfxf锐化锐化Digital Image Processing, 3rd ed.3.7.2 利用二阶导数作增强利用二阶导数作增强Laplacian算子算子22222yfxff2222),(),(),(),(),(凸形凹形yxfyxfyxfyxfyxg),(4)1,() 1,(), 1(), 1(2yxfyxfyxfyx

11、fyxff用用Laplacian算子做增强：算子做增强：其中：其中：),(2-), 1-(), 1(22yxfyxfyxfxf+=),(2-) 1-,() 1,(22yxfyxfyxfyf+=Digital Image Processing, 3rd ed.)57 . 3(),(),(),(),(),(2222凸形凹形yxfyxfyxfyxfyxgDigital Image Processing, 3rd ed.Digital Image Processing, 3rd ed.Digital Image Processing, 3rd ed.)1,() 1,(), 1(), 1(),(5),(

12、yxfyxfyxfyxfyxfyxg由（3.7-5a):Digital Image Processing, 3rd ed.Unsharp masking & high-boost filteringunsharp masking:),(),(),(yxfyxfyxfshigh-boost filtering:),(),() 1(),(yxfyxfAyxfshb当用当用(3.7-5)的的g代替代替fs时：),(),(),(2yxfyxAfyxfhb其中：A=1.0反锐化反锐化 掩膜掩膜高提升高提升滤波滤波Digital Image Processing, 3rd ed.high-boos

13、t filtering 示例：示例：Digital Image Processing, 3rd ed.在Matlab中定义特定类型的维滤波器H = FSPECIAL(TYPE)类型：类型： average averaging filter disk circular averaging filter gaussian Gaussian lowpass filter laplacian filter approximating the 2-D Laplacian operator log Laplacian of Gaussian filter motion motion filter prew

14、itt Prewitt horizontal edge-emphasizing filter sobel Sobel horizontal edge-emphasizing filter unsharp unsharp contrast enhancement filterDigital Image Processing, 3rd ed.例： I = imread(moon.tif); h = fspecial(laplacian ); I1= imfilter(I,h); h = fspecial(unsharp); % laplacian I2 = imfilter(I,h); figur

15、e; subplot(1,3,1),imshow(I), title(Original image); subplot(1,3,2), imshow(I1), title(Laplacian Filtered image); subplot(1,3,3), imshow(I2), title(Unsharp Filtered image);Digital Image Processing, 3rd ed.3.7.3 使用一阶导数做增强使用一阶导数做增强梯度梯度yfxfGGfyx68592/122zzzzGGGGfyxyx称为Roberts交叉梯度算子Sobel算子：Digital Image

16、Processing, 3rd ed.Sobel梯度算子用于隐形眼镜的图像梯度算子用于隐形眼镜的图像Digital Image Processing, 3rd ed.3.8 Combining Spatial Enhancement Methodsb=Laplacian(a)c=a+bd=Sobel(a)Digital Image Processing, 3rd ed.Digital Image Processing, 3rd ed.图像对一阶导数与二阶导数响应的比较 一阶导数通常产生较粗的边缘； 二阶导数对细节有强烈的响应。 一阶导数通常对灰阶阶跃产生强烈的响应; 二阶导数对灰阶阶跃产生双重

17、的响应。 同时要注意, 对图像中相似的灰阶变化, 二阶导数对点点的响应大于对线线的响应, 对线的响应又大于对阶跃阶跃的响应。 可见,二阶导数比一阶导数更适合于图像增强。虽然一阶导数主要用于边缘提取，但是在图像增强中也有重要应用。Digital Image Processing, 3rd ed.使用模糊技术进行灰度变换和空间滤波使用模糊技术进行灰度变换和空间滤波隶属度干脆的集合一个模糊集合的隶属度函数定义：令Z为元素集，z表示Z的一类元素，即 .Z中的模糊集合A由隶属度函数 表征，它是与Z的元素相关的在区间0,1内的一个实数。)(zuAz=Z| )(,ZzzuzAADigital Image P

18、rocessing, 3rd ed.使用模糊技术进行灰度变换和空间滤波使用模糊技术进行灰度变换和空间滤波隶隶属属度度干脆的干脆的集合集合一个模糊集合的隶属度函数一个模糊集合的隶属度函数)1 . 0 ,29).(4 . 0 ,26(),5 . 0 ,25).(8 . 0 ,22(),9 . 0 ,21(),1 ,20).(1 , 3 (),1 , 2(),1 , 1(ADigital Image Processing, 3rd ed.隶属度隶属度补集补集并集并集交集交集空集：当且仅当Z中的隶属度函数等于零，模糊集合为空集。相等：当且仅当对于所有的 有 ，两个模糊集合A和B相等。子集： 模糊集合A

19、是模糊集合B的子集。 Zz)()(zuzuBA)()(zuzuBAA或NOT AU(OR)BABA ORBABA AND模糊集合的交并补模糊集合的交并补Digital Image Processing, 3rd ed.常用的隶属度函数常用的隶属度函数三角形三角形梯形梯形S形形钟形钟形截尾高斯形截尾高斯形Digital Image Processing, 3rd ed.模糊集合的应用模糊集合的应用隶隶属属度度波长波长Digital Image Processing, 3rd ed.R1: IF颜色是绿色，THEN 水果是生的ORR2:IF颜色是黄色，THEN 水果是半熟的ORR3:IF颜色是红色，THNE水果是熟的推理规则：推理规则：Digital Image Processing, 3rd ed.成熟度成熟度隶隶属属度度Digital Image Processing, 3rd ed.),(),(min)(0303vzuzuvQredDigital Image Processing, 3rd ed.Digital Image Processing, 3rd ed.321 OR OR QQQ321 QQQDigital Image Processing, 3rd ed.五个步骤：1.