图像的点运算

关于图像的点运算第一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日图像处理基本运算概述根据数字图像处理运算中输入信息与输出信息的类型，具有代表性的图像处理典型算法从功能上具有以下几种：

（1）单幅图像单幅图像（2）多幅图像单幅图像（3）单幅或多幅图像数值/符号HIT第二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日图像运算的种类全局运算 对整幅图像进行相同的运算。点运算 运算结果只依赖于输入图像中对应的像素点。局部运算 输出图像的每个像素的灰度值是由输入图像中以对应像素为中心的邻域中多个像素的灰度计算出来的。HIT第三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日点运算的定义所谓点运算是指像素值（像素点的灰度值）通过运算之后，可以改善图像的显示效果。这是一种像素的逐点运算。点运算与相邻的像素之间没有运算关系，是原始图像与目标图像之间的影射关系。是一种简单但却十分有效的图像处理方法。点运算又称为“对比度增强”、“对比度拉伸”、“灰度变换”HIT第四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日点运算实际上是灰度到灰度的映射过程;

设输入图像为A(x,y)

输出图像为B(x,y)

则点运算可表示为：

B(x,y)=f[A(x,y)]

显然点运算不会改变图像内像素点之间的空间位置关系。HIT第五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日图像的存储器组织HIT第六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日图像的直方图HIT第七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日图像的直方图的应用计算物体的面积图像二值化HIT第八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日二维直方图HIT第十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日线性点运算

输出灰度级与输入灰度级呈线性关系的点运算。即：255255DADB0HIT第十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日255218482550①如果a>1，输出图像的对比度增大提高对比度HIT第十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日提高对比度举例HIT第十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日②

如果a<1,输出图像的对比度减小2552551420降低对比度HIT第二十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日降低对比度举例0255255HIT第二十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日③

如果a＝1，b≠0，操作仅使所有像素的灰度值上移或下移，其效果是使整个图像更暗或更亮02552550255255整个图像更亮整个图像更暗HIT第二十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日④如果a＝1，b＝0时，输出、输入图像相同0255255HIT第二十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日⑤

如果a为负值，暗区域将变亮，亮区域将变暗0255255HIT第二十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日0255255HIT第二十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日HIT第二十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日线性点运算公式

当图象成像时曝光不足或过度,或由于成像设备的非线性和图像记录设备动态范围太窄等因素,都会产生对比度不足的弊病，使图像中的细节分辨不清.

这时可通过点运算将灰度范围线性扩展.

设f(x,y)灰度范围为[a,b]，g(x,y)灰度范围为[c,d].

则线性点运算公式为:HIT第二十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日线性点运算公式HIT第二十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日(2)分段线性点运算

将感兴趣的灰度范围线性扩展，相对抑制不感兴趣的灰度区域。设f(x,y)灰度范围为[0,Mf]，g(x,y)灰度范围为[0,Mg],分段线性点运算如下图所示:HIT第二十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日HIT第三十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日分段线性点运算公式HIT第三十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日（3）非线性点运算：输出灰度级与输入灰度级呈非线性关系的点运算。2552550输入输出HIT第三十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日25512825521825512825532加亮、减暗图像亮度调整加暗、减亮图像HIT第三十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日对比度拉伸非线性拉伸实例1拉伸效果：图像加亮、减暗HIT第三十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日非线性拉伸实例2第三十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日非线性拉伸实例3第三十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日第三十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日非线性拉伸实例4第三十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日非线性拉伸实例5第三十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日非线性拉伸实例6第四十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日非线性拉伸实例7第四十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日代数运算1、概念2、运算类型及应用HIT第四十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日1.概念

代数运算是指两幅输入图像之间进行点对点的加、减、乘、除运算得到输出图像的过程。如果记输入图像为A(x,y)和B(x,y)，输出图像为C(x,y)，则有如下四种形式：

(1)C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)(2)C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)(3)C(x,y)=A(x,y)×B(x,y)HIT第四十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日2.运算类型及应用（1）加运算（2）减运算（3）乘运算

HIT第四十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日（1）加运算C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)主要应用举例去除“叠加性”随机噪音生成图像叠加效果HIT第四十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日去除“叠加性”噪音

对于原图象f(x,y),有一个噪音图像集

{gi(x,y)}i=1,2,...M

其中：gi(x,y)=f(x,y)+h(x,y)iM个图像的均值定义为：g(x,y)=1/M(g0(x,y)+g1(x,y)+…+gM(x,y))当：噪音h(x,y)i为互不相关，且均值为0时，上述图象均值将降低噪音的影响。第四十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日相加M=1M=2M=4M=16Addition:averagingfornoisereduction第四十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日

生成图象叠加效果：可以得到各种图像合成的效果，也可以用于两张图片的衔接第四十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日（2）减法运算

C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)

主要应用消除背景影响差影法(检测同一场景两幅图像之间的变化)HIT第四十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日①消除背景影响

即去除不需要的叠加性图案设：背景图像b(x,y)，前景背景混合图像f(x,y) g(x,y)=f(x,y)–b(x,y) g(x,y)为去除了背景图像第五十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日HIT第五十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日②差影法

指把同一景物在不同时间拍摄的图像或同一景物在不同波段的图像相减;差值图像提供了图像间的差异信息，能用于指导动态监测、运动目标检测和跟踪、图像背景消除及目标识别等。HIT第五十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日差影法在自动现场监测中的应用

在银行金库内，摄像头每隔一固定时间拍摄一幅图像，并与上一幅图像做差影，如果图像差别超过了预先设置的阈值，则表明可能有异常情况发生，应自动或以某种方式报警；用于遥感图像的动态监测，差值图像可以发现森林火灾、洪水泛滥，监测灾情变化等；也可用于监测河口、海岸的泥沙淤积及监视江河、湖泊、海岸等的污染；利用差值图像还能鉴别出耕地及不同的作物覆盖情况。HIT第五十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日差值法的应用举例(a)差影法可以用于混合图像的分离

-=HIT第五十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日(b)检测同一场景两幅图像之间的变化

设：时刻1的图像为T1(x,y)， 时刻2的图像为T2(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)=-T1(x,y)T2(x,y)g(x,y)HIT第五十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日（3）乘运算

C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)

主要应用举例图像的局部显示HIT第五十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日

图像的局部显示HIT第五十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日作业已知256级灰度图像，高位H，宽为W，编写C语言程序，将图像图像旋转180°。已知256级灰度图像，高位H，宽为W，编写C语言程序，将图像图像旋转β，要求旋转后的图像尺寸与原图像相同。已知256级灰度图像，用C语言编写分段线性拉伸程序，是原始图像中[0--50]亮度的像素映射到[0-10]，[51--150]亮度的像素映射到[11-200]，[151--255]亮度的像素映射到[201--255]。草原上有一条河流，河流上要一座桥梁，某天发生地质灾害，有发生地质灾害前后的两张遥感图像，这两张图像之间有轻微位移变化，设计一种方法，利用这两张遥感图像检测出桥梁是否被地质灾害破坏。第五十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日补充内容

红外成像HIT第五十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外图像地面10米望远镜用7种波长观测的彗木碰撞后的红外图像HIT第六十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外图像SL-9彗核C碰撞前后的木星红外图像HIT第六十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外图像红外摄象机拍摄的英军押解着伊战俘画面HIT第六十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的历史HIT第六十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日光谱HIT第六十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的历史“红外”一词最早出现在1880年阿贝尼的文章中。1870年兰利制成了面积只有针孔那样大小的探测器并用凹面反射光栅、岩盐及氟化物棱镜来提高测量色散的能力。这为红外应用的重要方面——航空摄影奠定了基础。1888年麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了赫胥耳的探测和测量方法，为红外技术奠定了基础。采用近红外摄影始于1904年，时至今日，红外摄影已广泛地应用于工业、医学、军事等很多部门。HIT第六十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外测温仪HIT第六十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外测温仪HIT第六十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外望远镜HIT第六十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外感应HIT第六十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外数据传输HIT第七十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外数据传输HIT第七十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外数据传输HIT第七十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——红外数据传输HIT第七十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外光的应用——艺术鉴定InvisibleradiationphotographyisoftenappliedtothestudyofworksofartashereinthepaintingLaMadonnadell'ImpannatabyRaphael.InvisibleradiationimagingrevealsamuchyoungerSaintJohntheBaptistsittingonJoseph'slapfoundbeneaththesurfaceofthevisiblepainting(right).Images©Editech.HIT第七十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日医学红外摄影1933年哥本哈根大学国家医院的哈克塞森首先把红外摄影技术用于皮肤病学的研究，此后人们就把这一方法广泛地应用于医学实践。医学红外摄影技术主要有三个方面：皮肤和皮下组织对红外光的反射、散射和透射性特性能穿透机体红外光源的光谱分布能记录红外光的胶片和感光版的光谱响应HIT第七十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日医学红外摄影HIT第七十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用静脉摄影结合常规的摄影技术红外摄影方法可以显示出静脉曲张的特征性异常表现。它表现为在正常小腿上能见到比较细直的分枝，形成多边形的网状结构。在静脉曲张病例中，常见到蜿蜒弯曲的分枝增粗成静脉小岛，它在红外照片中清楚地显示出来，而用普通摄影或肉限是看不出来的。HIT第七十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用血液循环的研究利用红外照片来记录乳房和腹部浅表静脉的图形和大小变化，可以研究血液运行状况。例如，初产妇和多产妇在妊娠时，红外照片上的血流状况是不一样的。由于血液中各种成分对红外光的吸收作用不同，可作临床疾病的更深入研究。如硝基苯胺中电会引起小腿血管郁滞，红外照片可以清楚地显示出来。肾上腺索对正常人和高血压病人有影响，这可从指甲的红外照片上反映出来。此外，红外照片还可探索结核菌素和其它皮肤试验的反应。HIT第七十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用透照技术采用黑白和彩色红外透照技术检查儿童头颅疾病，不仅毫无痛苦，而且比脑室造影检查安全。其中彩色红外透照方法特别有价值。因为它可以同时把可见光和红外光的透射部分记录下来，而且在照片上显示出重要的颜色差别。用这种方法可以将脑积水与更为严重的脑内积水加以监别。HIT第七十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用肝病理学红外摄影对肝硬化的诊断有很大帮助，它可以把肝硬化与肝癌等区别出来。早期的肝硬化，没有明显的侧支循环而晚期的肝病中有非常清晰的分枝静脉图像，成为肝硬化病症的特征。肿瘤的研究应用黑白和彩色红外摄影技术常可以发现肿瘤。生长在体表上或接近体表的早期恶性肿瘤，其周围会有血管增多或异常条纹，它表示了肿瘤血液的供给有不同程度的增加。这可作为确定有否恶性瘤的辅助手段。HIT第八十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用乳腺癌临床上已证实，乳腺癌在红外照片上显示为供血增多，病变一侧可清晰看到肉眼不能见到的静脉充血。皮肤病学红外摄影首先用于医学方面的是检查皮肤疾病，它可以提供浅表痂皮下面愈合过程和皮下静脉情况。HIT第八十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用牙科牙齿的红外照片，釉质一艇比牙质显得阴暗，而龋齿前向的退化釉质则相反，健康的门齿边缘呈白色，在正常情况下随着牙质的增加光亮度也均匀增加，釉质不均处的色调较淡。退化釉质对红外光有很高的反射率，并有中等的红外发光强度。与牙齿有关的成份如磷灰石的反射率和发光强度都很低。HIT第八十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用眼科对红外光的反射率随眼睛色素的颜色而异。红外光可以穿过角膜和水晶体，因而从理论上讲能拍摄眼底的照片，以显示出脉络膜、视网膜和视神经的病理状况。但现实拍摄的照片是模糊的，仍有许多技术上的困难尚待克服。临床实践表明，用彩色红外胶片进行眼科学研究是一个卓有成效的方法，在彩色红外幻灯片上正常眼底呈现黄绿色伴有棕红色的静脉和黄色的动脉。血管纹理在照片上分得出来，呈紫灰色。HIT第八十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日基本临床应用对注射过造影剂的宏观样品进行拍摄人体组织的红外反射与红外发光特性生物热像HIT第八十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图诊断方法正常人体的温度分布具有一定的稳定性和对称性。因此,人体温度分布的某处改变，即表示该处疾患的产主和存在。这是因为该处由于血流和代谢的改变引起了人体温度分布的改变。红外扫描成像是通过对人体温度分布的热图显示有无变化、变化的部位及其程度，观察分析红外影像和定量测出温度差值后，根据解剖学、病理学和临床经验，来诊断有无病症、病灶的位置、性质及其程度。各种疾病所产生的局部新陈代谢的异常活跃与减低与周围组织温差的红外热图，为判断疾病和疗效观察提供了较客观的依据。HIT第八十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图诊断方法代谢旺盛、血液循环丰富的疾病：炎症、肿瘤等可出现较高温的热图，恶性肿瘤转移和可能发生转移的新部位热图，异常的高温区常高于临界部0.7℃以上并可见多处点、团状热图像，劳损等可出现低于急性炎症的热图；代谢循环功能低下，局部缺血的热图如：栓塞、微循环下降、积液、其局部血液循环破坏后则表现为明显的低温热图。HIT第八十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图分析统一的特定温度条件下：20℃对称部位比较全身综合分析生理解剖系统分析结合主述、病史、查体、特殊检查综合判定自身相比较、与他人相比较HIT第八十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图诊断标准

（室温在20℃左右）炎症：患部温度比周围正常组织增高0.5℃～0.7℃。溃疡：患部温度比周围正常组织增高0.7℃～1.0℃。癌变：患部温度比周围正常组织增高≥1.0℃。低温区：病变区域与健侧相比温差>-0.2℃高温区：>1.2℃常温区：双锁骨上、头、下腰、后颈背部、手、双液下、肘窝、双髂腹股沟（人体表浅血管和散热多的部位一般会出现较健侧高的热区）血管影像：增粗、中断、团状（瘤）、扭曲（压迫）、卫星影像（恶性瘤）区表现形式：片状、条状（强直性脊状炎）、带状、次热区、点状、不规则。HIT第八十八页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图诊断标准正常热图（靠大量实践:年轻、年老功能判定）：指人体组织双侧对比温度基本相等，温差小于0.2℃，血管影像清晰、双侧对称。良性热图（低温差热图）：指患病处与0.2℃～0.7℃之间，患侧血管影像稍增粗,但双侧对称。异常热图（多样性）：指患病处与对侧相应部位正常组织相比较，温差范围在0.8℃～1.2℃之间，患侧血管影像明显增粗，增多、但仍对称。该热图疑恶变，嘱病人随诊。恶性热图（高温差热图）：指患病处与对侧相应部位正常组织相比较，其温差大于1.2℃以上，血管影像增粗，中断、成团、扭曲等，双侧明显不对称。HIT第八十九页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图正常人头部远红外热图

正常的人体上部远红外热像，锁骨处及淋巴处代谢旺盛，出现正常均匀的热区，两乳正常温度微低HIT第九十页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图正常人体的腹部，两侧温度分布基本对称，脐部为正常的热区，脂肪厚的地方温度较低，两乳为正常微冷区

正常人的腿部，双腿基本对称，双足由于负重过久而血流不畅，导致低温。HIT第九十一页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图正常乳房热像，两侧乳房基本对称，两乳下窝出为正常的热区，对肝病判断的时候要注意考虑此问题。乳头为正常的冷区。HIT第九十二页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图在乳腺早期癌变尚未形成明显的肿块时，其局部组织即会产生相应的变化，如局部血管增生、扩张、迂曲（热图显示为血管倒粗或环状和网状血管），局部组织代谢旺盛，其温度即可升高。箭头处即为乳腺癌区。HIT第九十三页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图左乳确诊乳腺癌，远红外热像显示，血管明显增粗、代谢旺盛。整体温度明显高于右乳。乳窝处的热区为正常的升温。HIT第九十四页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图左侧热图为一乳腺癌患者，内部有明显的肿块，已经坏死，右边为X光图片，互相印证，X光中的亮的部分为已经坏死的肿瘤。

HIT第九十五页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图静脉曲张患者的腿部远红外热像，血管明显增温、增粗，箭头所指处尤为明显。HIT第九十六页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图脉管炎患者的腿部远红外热像图，患腿由于血管疾病而血流不畅，导致低温。HIT第九十七页，共一百零九页，编辑于2023年，星期日红外热图静脉炎是静脉血管发炎，热图表现为局部热区明显扩大。脉管炎是中小动脉血管壁发炎引起的肢端发凉，坏疽，从热图反应手足部及前下肢温度偏低。HIT