数字图像处理CH灰直方图学习教案.pptx

会计学1数字图像处理数字图像处理CH灰直方图灰直方图第一页，共34页。1 灰度直方图灰度直方图n n1 1）定义）定义）定义）定义n n灰度直方图（灰度直方图（灰度直方图（灰度直方图（histogramhistogram）是灰度级的函数，）是灰度级的函数，）是灰度级的函数，）是灰度级的函数，描述的是图像描述的是图像描述的是图像描述的是图像(t xin(t xin)中每种灰度级像素的中每种灰度级像素的中每种灰度级像素的中每种灰度级像素的个数，反映图像个数，反映图像个数，反映图像个数，反映图像(t xin(t xin)中每种灰度出现的中每种灰度出现的中每种灰度出现的中每种灰度出现的频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出频率。横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出现的频率。现的频率。现的频率。现的频率。n n n n图像图像图像图像(t xin(t xin)及其灰度直方图的例及其灰度直方图的例及其灰度直方图的例及其灰度直方图的例n n （512512像素像素像素像素*512*512像素）像素）像素）像素）第2页/共34页第二页，共34页。1 灰度直方图灰度直方图第3页/共34页第三页，共34页。1 灰度直方图灰度直方图第4页/共34页第四页，共34页。1 灰度直方图灰度直方图第5页/共34页第五页，共34页。n n2 2）定义）定义）定义）定义n n对于连续图像，平滑对于连续图像，平滑对于连续图像，平滑对于连续图像，平滑(pnghu)(pnghu)地从中心的高灰地从中心的高灰地从中心的高灰地从中心的高灰度级变化到边缘的低灰度级。其直方图可定义度级变化到边缘的低灰度级。其直方图可定义度级变化到边缘的低灰度级。其直方图可定义度级变化到边缘的低灰度级。其直方图可定义为：为：为：为：n n其中其中其中其中A(D)A(D)为阈值面积函数：为一幅连续图像中为阈值面积函数：为一幅连续图像中为阈值面积函数：为一幅连续图像中为阈值面积函数：为一幅连续图像中被具有灰度级被具有灰度级被具有灰度级被具有灰度级DD的所有轮廓线所包围的面积。的所有轮廓线所包围的面积。的所有轮廓线所包围的面积。的所有轮廓线所包围的面积。n n对于离散函数，固定对于离散函数，固定对于离散函数，固定对于离散函数，固定DD为为为为1 1，则，则，则，则n nHH（DD）=A=A（DD）-A-A（D+1D+1）n n一幅连续图像的直方图定义的示意图。一幅连续图像的直方图定义的示意图。一幅连续图像的直方图定义的示意图。一幅连续图像的直方图定义的示意图。1 灰度直方图灰度直方图第6页/共34页第六页，共34页。1 灰度直方图灰度直方图第7页/共34页第七页，共34页。n n3 3）二维直方图）二维直方图）二维直方图）二维直方图n n什么是二维直方图什么是二维直方图什么是二维直方图什么是二维直方图n n红蓝直方图红蓝直方图红蓝直方图红蓝直方图n n红蓝直方图有四个不同的峰值，一个由背景红蓝直方图有四个不同的峰值，一个由背景红蓝直方图有四个不同的峰值，一个由背景红蓝直方图有四个不同的峰值，一个由背景B B产生，产生，产生，产生，一个由红细胞一个由红细胞一个由红细胞一个由红细胞R R产生，一个由核产生，一个由核产生，一个由核产生，一个由核NN产生，一个由白血产生，一个由白血产生，一个由白血产生，一个由白血球细胞质球细胞质球细胞质球细胞质C C产生。产生。产生。产生。n n其他其他其他其他(qt)(qt)二维直方图二维直方图二维直方图二维直方图n n灰度灰度灰度灰度-区域均值区域均值区域均值区域均值n n灰度灰度灰度灰度-区域形状区域形状区域形状区域形状n n灰度灰度灰度灰度-梯度梯度梯度梯度1 灰度直方图灰度直方图第8页/共34页第八页，共34页。1 灰度直方图灰度直方图n n4 4）高维直方图）高维直方图）高维直方图）高维直方图n n色彩直方图色彩直方图色彩直方图色彩直方图n n是高维直方图的特例，它统计色彩的出现频率，即是高维直方图的特例，它统计色彩的出现频率，即是高维直方图的特例，它统计色彩的出现频率，即是高维直方图的特例，它统计色彩的出现频率，即色彩的概率分布信息。色彩的概率分布信息。色彩的概率分布信息。色彩的概率分布信息。n n通常这需要一定的量化过程通常这需要一定的量化过程通常这需要一定的量化过程通常这需要一定的量化过程(guchng)(guchng)，将色彩分成，将色彩分成，将色彩分成，将色彩分成若干互不重叠的种类。若干互不重叠的种类。若干互不重叠的种类。若干互不重叠的种类。n n一般不直接在一般不直接在一般不直接在一般不直接在RGBRGB色彩空间中统计，而是在将亮度色彩空间中统计，而是在将亮度色彩空间中统计，而是在将亮度色彩空间中统计，而是在将亮度分离出来后，对代表色彩部分的信息进行统计，如分离出来后，对代表色彩部分的信息进行统计，如分离出来后，对代表色彩部分的信息进行统计，如分离出来后，对代表色彩部分的信息进行统计，如在在在在HSIHSI空间的空间的空间的空间的HSHS子空间、子空间、子空间、子空间、YUVYUV空间的空间的空间的空间的UVUV子空间，以子空间，以子空间，以子空间，以及其它反映人类视觉特点的彩色空间表示中进行。及其它反映人类视觉特点的彩色空间表示中进行。及其它反映人类视觉特点的彩色空间表示中进行。及其它反映人类视觉特点的彩色空间表示中进行。n n其他高维直方图其他高维直方图其他高维直方图其他高维直方图第9页/共34页第九页，共34页。如何如何(rh)根据直方图信息对图像进行修改？根据直方图信息对图像进行修改？1 灰度直方图灰度直方图第10页/共34页第十页，共34页。2 直方图的计算直方图的计算(j sun)和性质和性质n n1 1 1 1）计算）计算）计算）计算n n依据定义，若图像具有依据定义，若图像具有依据定义，若图像具有依据定义，若图像具有(jyu)L(jyu)L(jyu)L(jyu)L（通常（通常（通常（通常L=256,L=256,L=256,L=256,即即即即8 8 8 8位灰度级）级灰度，位灰度级）级灰度，位灰度级）级灰度，位灰度级）级灰度，则大小为则大小为则大小为则大小为MNMNMNMN的灰度图像的灰度图像的灰度图像的灰度图像f(x,y)f(x,y)f(x,y)f(x,y)的灰度直方图的灰度直方图的灰度直方图的灰度直方图hist0L-1hist0L-1hist0L-1hist0L-1可用如下可用如下可用如下可用如下计算获得：计算获得：计算获得：计算获得：n n初始化初始化初始化初始化 histk=0;k=0,L-1 histk=0;k=0,L-1 histk=0;k=0,L-1 histk=0;k=0,L-1 n n统计统计统计统计 histf(x,y)+;x=0,M-1,y=0,N-1 histf(x,y)+;x=0,M-1,y=0,N-1 histf(x,y)+;x=0,M-1,y=0,N-1 histf(x,y)+;x=0,M-1,y=0,N-1 n n归一化归一化归一化归一化 histf(x,y)/M*N histf(x,y)/M*N histf(x,y)/M*N histf(x,y)/M*N 第11页/共34页第十一页，共34页。2 直方图的计算直方图的计算(j sun)和性质和性质n n2 2）直方图的性质）直方图的性质）直方图的性质）直方图的性质n n不表示图像的空间信息；不表示图像的空间信息；不表示图像的空间信息；不表示图像的空间信息；n n任一特定图像都有唯一任一特定图像都有唯一任一特定图像都有唯一任一特定图像都有唯一(wi y)(wi y)直方图，但反之并不成立；直方图，但反之并不成立；直方图，但反之并不成立；直方图，但反之并不成立；第12页/共34页第十二页，共34页。具有(jyu)同样直方图的图像对应(duyng)的直方图图像图像(t xin)(t xin)直方直方图图:确定确定 直方图直方图 图像图像(t(t xin):xin):不确定不确定第13页/共34页第十三页，共34页。2 直方图的计算直方图的计算(j sun)和性质和性质n n归一化灰度直方图和面积函数可得到归一化灰度直方图和面积函数可得到归一化灰度直方图和面积函数可得到归一化灰度直方图和面积函数可得到(d do)(d do)图像的概率密度图像的概率密度图像的概率密度图像的概率密度函数函数函数函数PDFPDF和累积分布函数和累积分布函数和累积分布函数和累积分布函数CDFCDF。第14页/共34页第十四页，共34页。2 直方图的计算直方图的计算(j sun)和性质和性质n n若一幅图像包含一个灰度均匀一致，且背景与物体对比度若一幅图像包含一个灰度均匀一致，且背景与物体对比度若一幅图像包含一个灰度均匀一致，且背景与物体对比度若一幅图像包含一个灰度均匀一致，且背景与物体对比度很强，假设物体的边界由灰度级很强，假设物体的边界由灰度级很强，假设物体的边界由灰度级很强，假设物体的边界由灰度级D1D1定义的轮廓线，则定义的轮廓线，则定义的轮廓线，则定义的轮廓线，则n n n n 500 500像素像素像素像素(xin(xin s)*546 s)*546像素像素像素像素(xin(xin s)=s)=n n 273000 273000，最左侧直方，最左侧直方，最左侧直方，最左侧直方 图峰值的灰度级为图峰值的灰度级为图峰值的灰度级为图峰值的灰度级为3333第15页/共34页第十五页，共34页。2 直方图的计算直方图的计算(j sun)和性质和性质n n从灰度从灰度从灰度从灰度5454到到到到255255级级级级n n约占图像约占图像约占图像约占图像(t xin(t xin)总面积的总面积的总面积的总面积的60%60%第16页/共34页第十六页，共34页。2 直方图的计算直方图的计算(j sun)和性质和性质n n直方图的可相加性直方图的可相加性n n例如一副图像由若干个不相交例如一副图像由若干个不相交(xingjio)的区的区域构成，则整幅图像的直方图是这若干个区域域构成，则整幅图像的直方图是这若干个区域直方图之和。直方图之和。第17页/共34页第十七页，共34页。3 直方图的用途直方图的用途(yngt)n n1 1）数字化参数）数字化参数）数字化参数）数字化参数n n一般一幅数字图像应该利用全部或几乎全部可能的一般一幅数字图像应该利用全部或几乎全部可能的一般一幅数字图像应该利用全部或几乎全部可能的一般一幅数字图像应该利用全部或几乎全部可能的灰度级；灰度级；灰度级；灰度级；n n对直方图做快速检查。对直方图做快速检查。对直方图做快速检查。对直方图做快速检查。n n2 2）边界阈值选择）边界阈值选择）边界阈值选择）边界阈值选择(xu(xu nz)nz)n n使用轮廓线确定简单物体的边界的方法，称为阈值使用轮廓线确定简单物体的边界的方法，称为阈值使用轮廓线确定简单物体的边界的方法，称为阈值使用轮廓线确定简单物体的边界的方法，称为阈值化；化；化；化；n n对物体与背景有较强对比的景物的分割特别有用；对物体与背景有较强对比的景物的分割特别有用；对物体与背景有较强对比的景物的分割特别有用；对物体与背景有较强对比的景物的分割特别有用；n n例例例例 双峰直方图双峰直方图双峰直方图双峰直方图n n 第18页/共34页第十八页，共34页。第19页/共34页第十九页，共34页。3 直方图的用途直方图的用途(yngt)第20页/共34页第二十页，共34页。3 直方图的用途直方图的用途(yngt)n n显然如果阈值对应于直方图的谷，阈值从显然如果阈值对应于直方图的谷，阈值从显然如果阈值对应于直方图的谷，阈值从显然如果阈值对应于直方图的谷，阈值从T T增加到增加到增加到增加到T+TT+T，只会导致面积，只会导致面积，只会导致面积，只会导致面积略微变化。因此可以把阈值的选择误差对面积测量的影响降到最低。略微变化。因此可以把阈值的选择误差对面积测量的影响降到最低。略微变化。因此可以把阈值的选择误差对面积测量的影响降到最低。略微变化。因此可以把阈值的选择误差对面积测量的影响降到最低。n n上例中当灰度级从上例中当灰度级从上例中当灰度级从上例中当灰度级从115115变化到变化到变化到变化到144144时，像素为时，像素为时，像素为时，像素为18501850，占图像总面积的，占图像总面积的，占图像总面积的，占图像总面积的1%1%。因。因。因。因此把阈值选取为此把阈值选取为此把阈值选取为此把阈值选取为130130，此时，此时，此时，此时(c(c sh)sh)树叶的面积约占总面积树叶的面积约占总面积树叶的面积约占总面积树叶的面积约占总面积28.87%28.87%。第21页/共34页第二十一页，共34页。3 直方图的用途直方图的用途(yngt)n n3 3）综合光密度）综合光密度）综合光密度）综合光密度n n（1 1）综合光密度）综合光密度）综合光密度）综合光密度IODIOD，反映了图像，反映了图像，反映了图像，反映了图像(t xin(t xin)面积和密度的面积和密度的面积和密度的面积和密度的组合；组合；组合；组合；（2）对于）对于(duy)数字图像，有数字图像，有第第2种计算方式种计算方式第22页/共34页第二十二页，共34页。3 直方图的用途直方图的用途(yngt)n n（3 3）所以）所以）所以）所以n n（4 4）阈值面积为）阈值面积为）阈值面积为）阈值面积为T T的物体的物体的物体的物体(wt(wt)，其内部灰度级的平均，其内部灰度级的平均，其内部灰度级的平均，其内部灰度级的平均（meanmean）值）值）值）值第23页/共34页第二十三页，共34页。4 直方图与图像直方图与图像(t xin)的关系的关系n n简单图像的函数形式已知，即可推导出其直方图。加深对简单图像的函数形式已知，即可推导出其直方图。加深对简单图像的函数形式已知，即可推导出其直方图。加深对简单图像的函数形式已知，即可推导出其直方图。加深对直方图的理解，特别是阈值选择问题的基础直方图的理解，特别是阈值选择问题的基础直方图的理解，特别是阈值选择问题的基础直方图的理解，特别是阈值选择问题的基础(jch(jch)。n n方法：通过面积函数求导，得直方图。方法：通过面积函数求导，得直方图。方法：通过面积函数求导，得直方图。方法：通过面积函数求导，得直方图。n n1 1）一维）一维）一维）一维n n考虑一维情况，高斯脉冲函数考虑一维情况，高斯脉冲函数考虑一维情况，高斯脉冲函数考虑一维情况，高斯脉冲函数n n显然，面积函数是上式的反函数显然，面积函数是上式的反函数显然，面积函数是上式的反函数显然，面积函数是上式的反函数n n求导得直方图求导得直方图求导得直方图求导得直方图第24页/共34页第二十四页，共34页。4 直方图与图像直方图与图像(t xin)的关的关系系n n直方图的性质直方图的性质直方图的性质直方图的性质n nD=0D=0处有尖峰，因为高斯处有尖峰，因为高斯处有尖峰，因为高斯处有尖峰，因为高斯(o s)o s)脉冲中大多数像素接近脉冲中大多数像素接近脉冲中大多数像素接近脉冲中大多数像素接近0 0；n nD=1D=1处有尖峰，因为高斯处有尖峰，因为高斯处有尖峰，因为高斯处有尖峰，因为高斯(o s)o s)脉冲顶部平坦。脉冲顶部平坦。脉冲顶部平坦。脉冲顶部平坦。第25页/共34页第二十五页，共34页。4 直方图与图像直方图与图像(t xin)的关系的关系n n2 2）二维）二维）二维）二维n n简单对一维函数图像的扩展，不改变高斯脉冲图像的直方简单对一维函数图像的扩展，不改变高斯脉冲图像的直方简单对一维函数图像的扩展，不改变高斯脉冲图像的直方简单对一维函数图像的扩展，不改变高斯脉冲图像的直方图；图；图；图；n n而对于圆对称高斯脉冲函数而对于圆对称高斯脉冲函数而对于圆对称高斯脉冲函数而对于圆对称高斯脉冲函数n n显然显然显然显然(xi(xi nrn)nrn)灰度级为灰度级为灰度级为灰度级为P P的轮廓线是半径为的轮廓线是半径为的轮廓线是半径为的轮廓线是半径为r(P)r(P)的圆的圆的圆的圆n n则其面积为则其面积为则其面积为则其面积为n n求导得直方图求导得直方图求导得直方图求导得直方图第26页/共34页第二十六页，共34页。4 直方图与图像直方图与图像(t xin)的关系的关系第27页/共34页第二十七页，共34页。4 直方图与图像直方图与图像(t xin)的关系的关系n n3）对于）对于(duy)复杂的图像复杂的图像n n将其划分为一些不确定的区域，并确定各区域将其划分为一些不确定的区域，并确定各区域面积函数及各自直方图。面积函数及各自直方图。第28页/共34页第二十八页，共34页。5 要点要点(yodin)总结总结n n1 1）灰度级直方图是阈值面积函数的导数的负值；）灰度级直方图是阈值面积函数的导数的负值；）灰度级直方图是阈值面积函数的导数的负值；）灰度级直方图是阈值面积函数的导数的负值；n n2 2）直方图表明在每一灰度级有多少个像素；）直方图表明在每一灰度级有多少个像素；）直方图表明在每一灰度级有多少个像素；）直方图表明在每一灰度级有多少个像素；n n3 3）观察直方图可以看出不合适的数字化；）观察直方图可以看出不合适的数字化；）观察直方图可以看出不合适的数字化；）观察直方图可以看出不合适的数字化；n n4 4）简单物体的面积和）简单物体的面积和）简单物体的面积和）简单物体的面积和IODIOD可以通过可以通过可以通过可以通过(tnggu)(tnggu)图像的直方图求得；图像的直方图求得；图像的直方图求得；图像的直方图求得；n n5 5）具有特定函数形式的图像直方图可以通过）具有特定函数形式的图像直方图可以通过）具有特定函数形式的图像直方图可以通过）具有特定函数形式的图像直方图可以通过(tnggu)(tnggu)面积函数来求得。面积函数来求得。面积函数来求得。面积函数来求得。第29页/共34页第二十九页，共34页。习题习题(xt)n n解：解：解：解：第30页/共34页第三十页，共34页。n n从图中观察从图中观察(gunch)(gunch)阈值灰度约可定在阈值灰度约可定在100100n n物体的物体的IOD=IOD=n n物体的面积物体的面积=0.04*=0.04*第31页/共34页第三十一页，共34页。n nP68P68第第第第4 4题题题题n n解：黑色像素数解：黑色像素数解：黑色像素数解：黑色像素数=520+920+490+30+40+5910=7910=520+920+490+30+40+5910=7910n n 白色白色白色白色(bis)(bis)像素数像素数像素数像素数=6050+80+20+80+440+960+420=7970=6050+80+20+80+440+960+420=7970n n 足球的总像素足球的总像素足球的总像素足球的总像素=7910+7970=15880=7910+7970=15880n n 足球的面积足球的面积足球的面积足球的面积=41457.6=41457.6平方毫米平方毫米平方毫米平方毫米n n 像素的间距像素的间距像素的间距像素的间距=sqrt=sqrt（41457.6/1588041457.6/15880）=1.6=1.6毫米毫米毫米毫米作业(zuy)！第32页/共34页第三十二页，共34页。上机实习上机实习(shx)n n1 1、在、在、在、在matlabmatlab软件中编写程序实现图像读取和显示，以及截取。软件中编写程序实现图像读取和显示，以及截取。软件中编写程序实现图像读取和显示，以及截取。软件中编写程序实现图像读取和显示，以及截取。n n2 2、编写计算直方图的程序。、编写计算直方图的程序。、编写计算直方图的程序。、编写计算直方图的程序。n n2 2、思考、思考、思考、思考(sko)(sko)：观察下面两副图直方图的异同，并思考：观察下面两副图直方图的异同，并思考：观察下面两副图直方图的异同，并思考：观察下面两副图直方图的异同，并思考(sko)(sko)如何从左图调整为右如何从左图调整为右如何从左图调整为右如何从左图调整为右图？图？图？图？第33页/共34页第三十三页，共34页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第34页/共34页第三十四页，共34页。