数字图像处理频域滤波器.ppt

《数字图像处理频域滤波器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字图像处理频域滤波器.ppt（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第四四章章 图图像像增增强强1 1 频域低通滤波频域低通滤波(Lowpass Filtering in the Frequency Domain)的基本思想的基本思想G(u,v)=F(u,v)H(u,v)G(u,v)=F(u,v)H(u,v)F(u,v)F(u,v)是需要平滑化图像的傅立叶变换形式。是需要平滑化图像的傅立叶变换形式。H(u,v)H(u,v)是选取的一个滤波器变换函数。是选取的一个滤波器变换函数。G(u,v)G(u,v)是通过是通过H(u,v)H(u,v)减少减少F(u,v)F(u,v)的高频部分的高频部分来得到的结果。来得到的结果。运用傅立叶逆变换得到平滑化后的图像。运用傅立

2、叶逆变换得到平滑化后的图像。4.5 频域滤波器频域滤波器 低通滤波器低通滤波器第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器2 理想低通滤波器理想低通滤波器1)理想低通滤波器的定义理想低通滤波器的定义 一个二维的理想低通滤波器（一个二维的理想低通滤波器（ILPF）的转换）的转换函数满足（是一个分段函数）函数满足（是一个分段函数）其中：其中：D0 为截止频率为截止频率 D(u,v)为距离函数为距离函数 D(u,v)=(u2+v2)1/2第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器理想低通滤波器的截面图理想低通滤波器的截面图0D0D(u,v)H(u,v)1H(u,v)作为距离函数作为

3、距离函数D(u,v)的函数的截面图的函数的截面图第第四四章章 图图像像增增强强H(u,v)作为作为u、v的的函数的三维透视图函数的三维透视图H(u,v)低通滤波器低通滤波器 理想低通滤波器的三维透视图理想低通滤波器的三维透视图第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器2)理想低通滤波器的截止频率的设计理想低通滤波器的截止频率的设计先求出总的信号能量先求出总的信号能量PT：其中：其中：p(u,v)=|F(u,v)|2=R2(u,v)+I2(u,v)是能量模是能量模第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器如如果果将将变变换换作作中中心心平平移移，则则一一个个以以频频域域中中心

4、心为为原点，原点，r为半径的圆就包含了百分之为半径的圆就包含了百分之的能量。的能量。第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器 由于傅立叶变换的实部由于傅立叶变换的实部R(u,v)及虚部及虚部I(u,v)随着频率随着频率u,v的升高而迅速下降，所的升高而迅速下降，所以能量随着频率的升高而迅以能量随着频率的升高而迅速减小，因此在频域平面上速减小，因此在频域平面上能量集中于频率很小的圆域能量集中于频率很小的圆域内内,当当D0增大时能量衰减很增大时能量衰减很快。高频部分携带能量虽少，快。高频部分携带能量虽少，但包含有丰富的边界、细节但包含有丰富的边界、细节信息，所以截止频率信息，所以截止频

5、率D0变小变小时，虽然亮度足够（因能量时，虽然亮度足够（因能量损失不大），但图像变模糊损失不大），但图像变模糊了。了。第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器求出相应的求出相应的D0r=D0=(u2+v2)1/2一幅一幅256 256图像的实图像的实例：例：D0=8,18,43,78,152=90,93,95,99,99.5 整个能量的整个能量的90%被一个半径为被一个半径为8的小圆周包含。的小圆周包含。第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器3)理想低通滤波器的分析理想低通滤波器的分析整个能量的整个能量的90%被一个半径为被一个半径为8的小圆周包含的小圆周包含,大大部

6、分尖锐的细节信息都存在于被去掉的部分尖锐的细节信息都存在于被去掉的10%的能的能量中。量中。小的边界和其它尖锐细节信息被包含在频谱的至小的边界和其它尖锐细节信息被包含在频谱的至多多0.5%的能量中。的能量中。被平滑化的图像被一种非常严重的被平滑化的图像被一种非常严重的振铃效应振铃效应理想低通滤波器的一种特性所影响。理想低通滤波器的一种特性所影响。第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器振铃效应实例振铃效应实例第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器2 Butterworth低通滤波器低通滤波器1)Butterworth低通滤波器的定义低通滤波器的定义 一个截止频率为一个

7、截止频率为D0（与原点距离）的（与原点距离）的n阶阶Butterworth低通滤波器（低通滤波器（BLPF）的变换函）的变换函数如下：数如下：第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器Butterworth低通滤波器的截面图低通滤波器的截面图02D(u,v)/D0H(u,v)1H(u,v)作为作为D(u,v)/D0的函数的函数的截面图的截面图130.5第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器 Butterworth低通滤波器的三维透视图低通滤波器的三维透视图H(u,v)作为作为u、v的函数的三维的函数的三维透视图透视图D0=1,n=2第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤

8、波器低通滤波器2)Butterworth低通滤波器截止频率的设计低通滤波器截止频率的设计变换函数中不存在一个不连续点作为一个通过变换函数中不存在一个不连续点作为一个通过的和被滤波掉的截止频率的明显划分。的和被滤波掉的截止频率的明显划分。通常把通常把H(u,v)开始小于其最大值的一定比例的开始小于其最大值的一定比例的点当作其截止频率点。点当作其截止频率点。有两种选择：有两种选择：选择选择1：H(u,v)=0.5 当当 D0=D(u,v)时时第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器选择选择2：第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器3)Butterworth低通滤波器的分析

9、低通滤波器的分析在任何经在任何经BLPF处理过的图像中都没有明显的处理过的图像中都没有明显的振铃效果，这是滤波器在低频和高频之间的平振铃效果，这是滤波器在低频和高频之间的平滑过渡的结果。滑过渡的结果。低通滤波是一个以牺牲图像清晰度为代价来减低通滤波是一个以牺牲图像清晰度为代价来减少噪声干扰效果的修饰过程。少噪声干扰效果的修饰过程。第第四四章章 图图像像增增强强 低通滤波器低通滤波器Butterworth低通滤波器低通滤波器处理结果处理结果（没有振铃效果）没有振铃效果）理想低通滤波器处理结果理想低通滤波器处理结果（有明显的振铃效应）（有明显的振铃效应）原图原图第第四四章章 图图像像增增强强 高通

10、滤波器高通滤波器1 频域高通滤波频域高通滤波(Highpass Filtering in the Frequency Domain)的基本思想的基本思想G(u,v)=F(u,v)H(u,v)F(u,v)是需要锐化图像的傅立叶变换形式。是需要锐化图像的傅立叶变换形式。目标是选取一个滤波器变换函数目标是选取一个滤波器变换函数H(u,v)，通过，通过它减少它减少F(u,v)的低频部分来得到的低频部分来得到G(u,v)。运用傅立叶逆变换得到锐化后的图像。运用傅立叶逆变换得到锐化后的图像。第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器2 理想高通滤波器理想高通滤波器 理想高通滤波器的定义理想高通滤

11、波器的定义(1)一个二维的理想高通滤波器（一个二维的理想高通滤波器（ILPF）的转换函）的转换函数满足（是一个分段函数）数满足（是一个分段函数）其中：其中：D0 为截止频率为截止频率 D(u,v)为距离函数为距离函数 D(u,v)=(u2+v2)1/2第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器(2)理想高通滤波器的截面图理想高通滤波器的截面图0D0D(u,v)H(u,v)1H(u,v)作为距离函数作为距离函数D(u,v)的函数的截面图的函数的截面图第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器(3)理想高通滤波器的三维透视图理想高通滤波器的三维透视图H(u,v)H(u,v)作为

12、作为u、v的的函数的三维透视图函数的三维透视图第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器3 Butterworth高通滤波器高通滤波器1)Butterworth高通滤波器的定义高通滤波器的定义(1)一个截止频率在与原点距离为一个截止频率在与原点距离为D0的的n阶阶Butterworth高高通滤波器（通滤波器（BHPF）的变换函数如下：）的变换函数如下：D0 /D(u,v)第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器(2)Butterworth高通滤波器的截面图高通滤波器的截面图02D(u,v)/D0H(u,v)1H(u,v)作为作为D(u,v)/D0的函的函数的截面图数的截面

13、图130.5第第四四章章 图图像像增增强强(3)Butterworth高通滤波器的三维透视图高通滤波器的三维透视图4.5.2 高通滤波器高通滤波器 H(u,v)H(u,v)作为作为u、v的的函数的三维透视图函数的三维透视图uvD0=1,n=2第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器 2)Butterworth高通滤波器截止频率设计高通滤波器截止频率设计变换函数中不存在一个不连续点作为通过的和被变换函数中不存在一个不连续点作为通过的和被滤波掉的频率的明显划分。滤波掉的频率的明显划分。通常把通常把H(u,v)开始小于其最大值（为开始小于其最大值（为“1”）的一）的一定比例的点当作其截止

14、频率点。定比例的点当作其截止频率点。有两种选择：有两种选择：选择选择1：H(u,v)=0.5 当当 D0=D(u,v)时时第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器选择选择2：第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器3)Butterworth高高通滤波器的分析通滤波器的分析问题：低频成分被严重地消弱了，使图像失去问题：低频成分被严重地消弱了，使图像失去层次。层次。高通滤波器只记录了图像的变化，而不能保高通滤波器只记录了图像的变化，而不能保持图像的能量。低频分量大部分被滤除后，虽持图像的能量。低频分量大部分被滤除后，虽然图中各区域的边界得到了明显的增强，但图然图中各区域的边

15、界得到了明显的增强，但图中原来比较平滑区域内部的灰度动态范围被压中原来比较平滑区域内部的灰度动态范围被压缩，整幅图像比较昏暗。这在边缘提取中是合缩，整幅图像比较昏暗。这在边缘提取中是合适的，但仍不能满足一般的图像增强的要求。适的，但仍不能满足一般的图像增强的要求。第第四四章章 图图像像增增强强 高通滤波器高通滤波器改进措施：改进措施：加一个常数到变换函数加一个常数到变换函数 H(u,v)+A（A取取01），这种方法被称为高频强调（增强）。），这种方法被称为高频强调（增强）。为了解决变暗的趋势，在变换结果图像上再为了解决变暗的趋势，在变换结果图像上再进行一次直方图均衡化。这种方法被称为后进行一次

16、直方图均衡化。这种方法被称为后滤波处理。滤波处理。第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器1 同态滤波器同态滤波器(Homomorphic Filtering)的基本的基本思想思想一个图像一个图像f(x,y)可以根据它的明度和反射分量的乘积来可以根据它的明度和反射分量的乘积来表示表示f(x,y)=i(x,y)r(x,y)（照射（照射-反射模型）反射模型）其中：其中：i(x,y)为明度函数，为明度函数，0i(x,y)（入射光随坐标（入射光随坐标(x,y)不同的入射分量）；不同的入射分量）；r(x,y)为反射分量函数，为反射分量函数，0r(x,y)1 （从景物反射到眼睛的图像）。（从景

17、物反射到眼睛的图像）。通过同时实现压缩亮度范围和增强对比度，来改进图像通过同时实现压缩亮度范围和增强对比度，来改进图像的表现。的表现。参见数字图像处理（第二版），R.C.Gonzalez，Richard E.Woods著，阮秋琦，阮宇智等译，电子工业出版社，第节第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器2 同态滤波器的定义同态滤波器的定义因因为为两两个个函函数数乘乘积积的的傅傅立立叶叶变变换换不不是是可可分分离离的的，也即：也即：Ff(x,y)Fi(x,y)Fr(x,y)然而假设我们定义然而假设我们定义z(x,y)=ln f(x,y)=ln i(x,y)r(x,y)=ln i(x,y

18、)+ln r(x,y)第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器那么有：那么有：Fz(x,y)=Fln f(x,y)=Fln i(x,y)+Fln r(x,y)或或 Z(u,v)=Fi(u,v)+Fr(u,v)其其中中Fi(u,v)和和Fr(u,v)分分别别是是ln i(x,y)和和ln r(x,y)的傅立叶变换。的傅立叶变换。z(x,y)=ln i(x,y)+ln r(x,y)第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器 用滤波器函数用滤波器函数H(u,v)对对Z(u,v)进行处理，有：进行处理，有：S(u,v)=H(u,v)Z(u,v)=H(u,v)Fi(u,v)+H(u

19、,v)Fr(u,v)其中其中S(u,v)是结果图像的傅立叶变换。是结果图像的傅立叶变换。在空域中：在空域中：s(x,y)=F-1S(u,v)=F-1H(u,v)Fi(u,v)+F-1H(u,v)Fr(u,v)第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器通过设：通过设：i(x,y)=F-1H(u,v)Fi(u,v)r(x,y)=F-1H(u,v)Fr(u,v)上页等式可以表示为：上页等式可以表示为：s(x,y)=i(x,y)+r(x,y)最最后后，通通过过i(x,y)和和 r(x,y)的的逆逆操操作作（指指数操作）产生增强后的图像数操作）产生增强后的图像g(x,y)。s(x,y)=F-1

20、H(u,v)Fi(u,v)+F-1H(u,v)Fr(u,v)第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器也即：也即：g(x,y)=exps(x,y)=expi(x,y)expr(x,y)=i0(x,y)r0(x,y)其中其中i0(x,y)=expi(x,y)和和r0(x,y)=expr(x,y)是输出图像的明度和反射分量。是输出图像的明度和反射分量。第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器这这个个方方法法基基于于一一类类称称作作同同态态系系统统的的特特殊殊情情况况。在在此此特特定定应应用用中中，问问题题的的关关键键在在于于将将明明度度和和反反射射分分量量进进行行分分离离。同

21、同态态滤滤波波器器函函数数H(u,v)能够分别对这两部分进行操作。能够分别对这两部分进行操作。FFTH(u,v)(FFT)-1explnf(x,y)g(x,y)利用前述概念进行增强的方法可以归纳为：利用前述概念进行增强的方法可以归纳为：第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器3 3 同态滤波器的效果分析同态滤波器的效果分析图像的图像的明度分量明度分量的特点是的特点是平缓的空域变化平缓的空域变化，而而反射分量反射分量则近于则近于陡峭的空域变化。陡峭的空域变化。这些特性使得将图像的对数的傅立叶变换这些特性使得将图像的对数的傅立叶变换的的低频部分低频部分对应于对应于明度分量明度分量，而，

22、而高频部分高频部分对对应于应于反射分量。反射分量。尽管这种对应关系只是一个粗略的近似，尽管这种对应关系只是一个粗略的近似，但它们可以用于优化图像的增强操作。但它们可以用于优化图像的增强操作。第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器一个好的控制可以通过用同态滤波器对一个好的控制可以通过用同态滤波器对明度和反射分量分别操作来得到。明度和反射分量分别操作来得到。这个控制要求指定一个滤波器函数这个控制要求指定一个滤波器函数H(u,v)，它对于傅立叶变换的低频和高频，它对于傅立叶变换的低频和高频部分的影响是不同的。部分的影响是不同的。第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器 同态

23、滤波器的截面图同态滤波器的截面图0D(u,v)H(u,v)1H(u,v)作为作为D(u,v)的函数的截面图的函数的截面图H HL L第第四四章章 图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器 如果参数如果参数L和和H的选取使得的选取使得L 1 前图所示的滤波器函数将减少低频部分、前图所示的滤波器函数将减少低频部分、扩大高频部分，最后的结果将是既压缩了有扩大高频部分，最后的结果将是既压缩了有效范围（照明决定了图像中像素的灰度的动效范围（照明决定了图像中像素的灰度的动态范围），态范围），又扩大了对比度（对比度是图像又扩大了对比度（对比度是图像中某些反射特性的函数）。中某些反射特性的函数）。第第四四章章

24、图图像像增增强强 同态滤波器同态滤波器第第四四章章 图图像像增增强强4.6 彩色图像增强彩色图像增强 彩色图像增强彩色图像增强在在RGBRGB模型上增强模型上增强在在HSIHSI模型上增强模型上增强第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强1.1.在在RGBRGB模型上增强模型上增强彩色平衡彩色平衡1)1)与彩色平衡相关的几个定义与彩色平衡相关的几个定义偏偏色色：采采样样过过程程中中，由由于于设设备备、环环境境的的原原因因会会造造成成图图像像的的三三个个颜颜色色分分量量不不同同的的变变换换关关系系，使使图图像像中中所所有有物物体体的的颜颜色色偏偏离离了了其其原原有有的的真真实实色

25、色彩彩，这这种种现现象象被被称称为为偏偏色色。如如图像的灰色部分带有了颜色图像的灰色部分带有了颜色。第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强灰灰平平衡衡：使使RGB彩彩色色设设备备的的彩彩色色分分量量混混合合后后，颜颜色色失失去去色色调调和和饱饱和和度度产产生生灰灰色色，这这种种颜颜色色混混合合效效果果被被称称为为灰灰平平衡衡，一一般般情情况况下下，等等量量的的RGB产生灰色。产生灰色。彩色平衡：彩色平衡：纠正偏色的过程叫作彩色平衡。纠正偏色的过程叫作彩色平衡。对对图图像像的的灰灰色色部部分分带带有有了了颜颜色色的的偏偏色色情情况况，彩彩色色平平衡衡的的实实现现，是是通通过过灰

26、灰平平衡衡，使使偏偏色色区区域域恢恢复复成成灰灰色色来来达达到的到的。第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强2)如何判断彩色图像的偏色如何判断彩色图像的偏色检检查查图图像像的的灰灰平平衡衡情情况况，即即检检查查在在现现实实中中应应该该是灰色的物体，在图像中是否是灰色。是灰色的物体，在图像中是否是灰色。例如：某黑色区域的平均取值是：例如：某黑色区域的平均取值是：R=0，G=12，B=7 说明有青色色偏说明有青色色偏检检查查高高饱饱和和度度的的颜颜色色是是否否正正常常，即即检检查查在在现现实实中应该是纯色的物体，在图像中是否有偏色。中应该是纯色的物体，在图像中是否有偏色。第第四四

27、章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强3)灰灰平衡实现的算法平衡实现的算法 选择两个颜色分量选择两个颜色分量(如如GB)，去匹配第三个，去匹配第三个(如如R)(1)在在图图像像中中选选取取两两个个浅浅灰灰或或深深灰灰区区域域（这这些些区区域域也也许已经不是灰色）。许已经不是灰色）。(2)计计算算这这两两个个区区域域的的RGB平平均均值值，获获得得两两个个颜颜色色分量的线性变换。分量的线性变换。(3)将将逆逆变变换换作作用用在在图图像像的的两两个个分分量量上上，得得到到平平衡衡后后的新图像。的新图像。第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强彩色平衡实现的算法举例彩色平衡

28、实现的算法举例设：在图像中选取两个浅灰或深灰区域，并计算设：在图像中选取两个浅灰或深灰区域，并计算这两个域的这两个域的RGB平均值，得：平均值，得：R1=25；G1=31；B1=37 R2=75；G2=79；B2=77 调整调整G、B去匹配去匹配R。从而有线性变换。从而有线性变换G:31(25);79(75)B:37(25);77(75)第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强255312550797525G G的逆变换的逆变换255772557503725B B的逆变换的逆变换第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强2.在在HSI模型上增强模型上增强通过色调进

29、行处理通过色调进行处理通过亮度进行处理通过亮度进行处理通过颜色饱和度进行处理通过颜色饱和度进行处理第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强 1)1)通过色调进行处理通过色调进行处理基本思想基本思想将图像转换到将图像转换到HSIHSI色彩空间色彩空间对指定色调值对指定色调值H H进行调整，进行调整，H H=H+/-=H+/-h h主要应用主要应用改改变变图图像像的的气气氛氛（如如暖暖色色和和冷冷色色的的气气氛氛变变化化，早晚气氛的变化）早晚气氛的变化）换色（对指定色调的颜色进行更换）、去色。换色（对指定色调的颜色进行更换）、去色。第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图

30、像增强2)2)通过亮度进行处理通过亮度进行处理基本思想基本思想将图像转换到将图像转换到HSIHSI色空间色空间对指定亮度值对指定亮度值I I，乘上一个调整量，乘上一个调整量 I II I=I*=I*I I第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强主要应用主要应用:(1 (1）我们可以通过在每个像素的亮度分量上乘一）我们可以通过在每个像素的亮度分量上乘一个大于个大于1 1的常量（如的常量（如1.31.3），使得图像变得更明亮，），使得图像变得更明亮，提高图像的亮度。提高图像的亮度。(2)(2)我们可以通过在每个像素的亮度分量上乘一我们可以通过在每个像素的亮度分量上乘一个小于个小于1

31、 1的常量（如的常量（如0.80.8），使得图像的亮度降低。），使得图像的亮度降低。(3)(3)我们可以有选择地调整图像的亮度，可以以我们可以有选择地调整图像的亮度，可以以色调、选区色调、选区作为是否进行亮度处理的根据。例如作为是否进行亮度处理的根据。例如只对红色调提高亮度。只对红色调提高亮度。(4)(4)对亮度分量进行直方图均衡化。对亮度分量进行直方图均衡化。第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强3)3)通过颜色饱和度进行处理通过颜色饱和度进行处理基本思想基本思想将图像转换到将图像转换到HSIHSI色空间色空间对指定饱和度值对指定饱和度值S S，乘上一个量，乘上一个量 S

32、SS S=S*=S*S S第第四四章章 图图像像增增强强 彩色图像增强彩色图像增强主要应用主要应用:(1)(1)我我们们可可以以通通过过在在每每个个像像素素的的饱饱和和度度分分量量上上乘乘一一个个大大于于1 1的的常常量量（如如1.31.3），使使得得图图像像的的颜颜色更为鲜明。色更为鲜明。(2)(2)我我们们可可以以通通过过在在每每个个像像素素的的饱饱和和度度分分量量上上乘乘一一个个小小于于1 1的的常常量量（如如0.80.8），使使得得图图像像的的颜色的鲜明度降低。颜色的鲜明度降低。(3)(3)我我们们可可以以有有选选择择地地调调整整图图像像的的颜颜色色饱饱和和度度，可可以以以以色色调调、

33、选选区区作作为为是是否否进进行行饱饱和和度度处处理理的根据。例如只对红色调提高饱和度。的根据。例如只对红色调提高饱和度。第第四四章章 图图像像增增强强 伪彩色图像增强伪彩色图像增强伪彩色增强（伪彩色增强（Pseudocolor Enhancement）伪彩色增强是针对灰度图像提出的，其宗旨是把离散黑伪彩色增强是针对灰度图像提出的，其宗旨是把离散黑白图像白图像f(x,y)的不同灰度级按照线性或非线性映射成不同彩色，的不同灰度级按照线性或非线性映射成不同彩色，来提高图像内容的可辨识度。来提高图像内容的可辨识度。应用伪彩色处理构成了图内目标物间的色差，增强观察应用伪彩色处理构成了图内目标物间的色差，

34、增强观察者对目标物的检测性。者对目标物的检测性。定义：把单色图像的不同灰度赋以不同颜色的处理方法叫伪定义：把单色图像的不同灰度赋以不同颜色的处理方法叫伪彩色图像处理。彩色图像处理。是灰度到彩色的映射技术。是灰度到彩色的映射技术。第第四四章章 图图像像增增强强4.6.2.1 密度分层技术（强度分层）密度分层技术（强度分层）密度分层是伪彩色增强技术中原理最简单、操作最简便密度分层是伪彩色增强技术中原理最简单、操作最简便的一种。常用的密度分层技术，将灰度的一种。常用的密度分层技术，将灰度0-L划分为划分为M+1个区域个区域（0Mli）红色C1(lli）兰色（相当于用（相当于用M个平行于个平行于X，Y

35、坐标平面的平面把灰度分成坐标平面的平面把灰度分成M+1个区域）个区域）C1C2f(x,y)灰度值(白色）Lli(黑色）0 xy分层平面第第四四章章 图图像像增增强强 一幅图像的灰度一幅图像的灰度f(x,y)可以看成是坐标点可以看成是坐标点(x,y)的一个密度的一个密度（灰度）函数。假定（灰度）函数。假定0ML,用平行于用平行于x,y平面的平面的M个平面，个平面，把图像的灰度分成把图像的灰度分成M+1个区域，个区域，每个区域内实际灰度是不一每个区域内实际灰度是不一样的，但都根据下式分配给一种颜色：样的，但都根据下式分配给一种颜色：f(x,y)=Ck,若若f(x,y)Rk式中式中Rk是第是第K个区

36、域，个区域，Ck是由分层平面所定义的第是由分层平面所定义的第K个区域的个区域的彩色。彩色。这样便可以把一幅单色图像，按照其灰度处于不同区域，这样便可以把一幅单色图像，按照其灰度处于不同区域，变成伪彩色图像。变成伪彩色图像。彩色彩色C2C1liL（黑白）灰度级（黑白）灰度级 下图表示上例黑白灰度与彩色的映射关系：下图表示上例黑白灰度与彩色的映射关系：第第四四章章 图图像像增增强强 伪彩色图像增强伪彩色图像增强密度分层技术的优缺点密度分层技术的优缺点优点：优点：简单易行，既可用硬件实现（伪彩色密度分割仪），简单易行，既可用硬件实现（伪彩色密度分割仪），也可编程来实现。也可编程来实现。缺点：缺点：伪

37、彩色图像的视觉效果不理想，彩色生硬，不够调伪彩色图像的视觉效果不理想，彩色生硬，不够调和，且量化噪声大（即分割误差），为了减少量化噪声，和，且量化噪声大（即分割误差），为了减少量化噪声，必须增加分割级数，层次越多，细节越丰富，彩色越柔和，必须增加分割级数，层次越多，细节越丰富，彩色越柔和，但会引起设备复杂，故分层的层数受显示系统硬件性能的但会引起设备复杂，故分层的层数受显示系统硬件性能的约束。约束。第第四四章章 图图像像增增强强4.6.2 伪彩色图像增强伪彩色图像增强第第四四章章 图图像像增增强强4.6.2.2 灰度级别彩色变换（变换灰度级别彩色变换（变换 合成法）合成法）灰度级别彩色变换：灰

38、度级别彩色变换：把一幅图像上每一点的像素的灰度把一幅图像上每一点的像素的灰度f(x,y)独立地独立地经过三种不同彩色的变换，然后分别去控制彩色电经过三种不同彩色的变换，然后分别去控制彩色电视显示器的红、绿、兰电子枪的发射，最后在彩色视显示器的红、绿、兰电子枪的发射，最后在彩色显示器显示出一幅含有多种彩色的图像。显示器显示出一幅含有多种彩色的图像。与密度分层技术的区别：与密度分层技术的区别：密度分层是一段灰度分配给一种彩色。密度分层是一段灰度分配给一种彩色。而灰度级彩色变换是逐点变换，根据每个像素点而灰度级彩色变换是逐点变换，根据每个像素点的灰度值的灰度值f(x,y)的大小，按照某一给定的函数关

39、系进的大小，按照某一给定的函数关系进行彩色变换，用这种方法产生的伪彩色是渐变的。行彩色变换，用这种方法产生的伪彩色是渐变的。这种伪彩色增强处理的方法应用十分广泛。这种伪彩色增强处理的方法应用十分广泛。第第四四章章 图图像像增增强强灰度级别彩色变换示意图灰度级别彩色变换示意图到红色电子枪到红色电子枪到绿色电子枪到绿色电子枪到兰色电子枪到兰色电子枪彩彩 色色 显显 示示 器器红红 色色变变 换换绿绿 色色变变 换换兰兰 色色变变 换换IR(x,y)IG(x,y)IB(x,y)f(x,y)第第四四章章 图图像像增增强强 伪彩色图像增强伪彩色图像增强黑白灰度级黑白灰度级f(x,y)L/4 L/2 3L/4L0LIG(x,y)绿绿黑白灰度级黑白灰度级f(x,y)L/4 L/2 3L/4L0LIR(x,y)红红第第四四章章 图图像像增增强强 伪彩色图像增强伪彩色图像增强黑白灰度级黑白灰度级f(x,y)L/4 L/2 3L/4L0LIB(x,y)兰兰黑白灰度级黑白灰度级f(x,y)L/4 L/2 3L/4L0LI