数字图像处理4章.pptx

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1、会计学1数字图像处理数字图像处理4章章对降质图像进行改善处理，改善的办法有两类：对降质图像进行改善处理，改善的办法有两类：对降质图像进行改善处理，改善的办法有两类：对降质图像进行改善处理，改善的办法有两类：一类是一类是一类是一类是不考虑图像降质的原因不考虑图像降质的原因不考虑图像降质的原因不考虑图像降质的原因，只将图像中感兴趣的特，只将图像中感兴趣的特，只将图像中感兴趣的特，只将图像中感兴趣的特征有选择的突出，而衰减其不需要的特征，故改善后的图征有选择的突出，而衰减其不需要的特征，故改善后的图征有选择的突出，而衰减其不需要的特征，故改善后的图征有选择的突出，而衰减其不需要的特征，故改善后的图像

2、不一定要去逼近原图像。这一类图像改善方法统称为像不一定要去逼近原图像。这一类图像改善方法统称为像不一定要去逼近原图像。这一类图像改善方法统称为像不一定要去逼近原图像。这一类图像改善方法统称为图像增强技术图像增强技术图像增强技术图像增强技术 。从图像质量评价观点来看从图像质量评价观点来看从图像质量评价观点来看从图像质量评价观点来看 ，图像增强，图像增强，图像增强，图像增强技术主要目的是从技术主要目的是从技术主要目的是从技术主要目的是从主观上提高图像的可懂度主观上提高图像的可懂度主观上提高图像的可懂度主观上提高图像的可懂度。另一类改善方法是另一类改善方法是另一类改善方法是另一类改善方法是针对图像降

3、质原因针对图像降质原因针对图像降质原因针对图像降质原因，设法去补偿降质因，设法去补偿降质因，设法去补偿降质因，设法去补偿降质因素，从而使改善后的图像尽可能地逼近原始图像。这类改素，从而使改善后的图像尽可能地逼近原始图像。这类改素，从而使改善后的图像尽可能地逼近原始图像。这类改素，从而使改善后的图像尽可能地逼近原始图像。这类改善方法统称为善方法统称为善方法统称为善方法统称为图像复原技术图像复原技术图像复原技术图像复原技术。显然，图像复原技术主要显然，图像复原技术主要显然，图像复原技术主要显然，图像复原技术主要目的从目的从目的从目的从客观上提高图像质量的逼真度客观上提高图像质量的逼真度客观上提高图

4、像质量的逼真度客观上提高图像质量的逼真度。第2页/共150页图像增强图像增强目标：通过对图像的处理，使图像比处理前目标：通过对图像的处理，使图像比处理前更适更适合一个特定的应用。合一个特定的应用。应用：显示、打印、印刷、识别、分析等。应用：显示、打印、印刷、识别、分析等。效果效果n边缘增强、提高对比度、增加亮度、去除噪声；边缘增强、提高对比度、增加亮度、去除噪声；n改善颜色效果、改善细微层次等。改善颜色效果、改善细微层次等。方法：空间域增强；频域增强。方法：空间域增强；频域增强。第3页/共150页空空 域域处处 理理输入输入f(x,y)输出输出 g(x,y)空间域空间域增强增强点运算法点运算法

5、灰度级变换灰度级变换直方图修正法直方图修正法n直方图均衡化；直方图规定化直方图均衡化；直方图规定化模板运算法模板运算法空域滤波器空域滤波器n平滑化滤波器；锐化滤波器平滑化滤波器；锐化滤波器几何变换法几何变换法基于色彩的处理基于色彩的处理第4页/共150页频域增强频域增强正变换正变换f(x,y)g(x,y)频频 域域处处 理理反变换反变换G(u,v)F(u,v)低通滤波低通滤波高通滤波高通滤波带通、带阻滤波带通、带阻滤波第5页/共150页4.1 点运算增强点运算增强4.2 直方图增强直方图增强4.3 空域滤波器空域滤波器4.4 频域滤波器频域滤波器4.5 几何变换几何变换4.6 彩色图像增强彩色

6、图像增强第6页/共150页n n1 1）灰度级变换灰度级变换灰度级变换灰度级变换n n将图像灰度级整个范围或其中某一段将图像灰度级整个范围或其中某一段将图像灰度级整个范围或其中某一段将图像灰度级整个范围或其中某一段(a,b)(a,b)扩展或压扩展或压扩展或压扩展或压缩到另一灰度范围缩到另一灰度范围缩到另一灰度范围缩到另一灰度范围(c,d)(c,d)内，称为灰度级变换。内，称为灰度级变换。内，称为灰度级变换。内，称为灰度级变换。n n灰度级变换与像素的坐标无关，只和灰度级有关。灰度级变换与像素的坐标无关，只和灰度级有关。灰度级变换与像素的坐标无关，只和灰度级有关。灰度级变换与像素的坐标无关，只和

7、灰度级有关。n n灰度级变换灰度级变换灰度级变换灰度级变换可使图像清晰，特征明显，是图像增强可使图像清晰，特征明显，是图像增强可使图像清晰，特征明显，是图像增强可使图像清晰，特征明显，是图像增强的重要手段。的重要手段。的重要手段。的重要手段。4.1 点运算增强（点运算增强（灰度级变换增强）灰度级变换增强）第7页/共150页n n2 2）点运算（）点运算（）点运算（）点运算（point operationpoint operation）定义定义定义定义n n对于一幅输入图像，将产生一幅输出图像，输出图对于一幅输入图像，将产生一幅输出图像，输出图对于一幅输入图像，将产生一幅输出图像，输出图对于一幅

8、输入图像，将产生一幅输出图像，输出图像的每个像素点的灰度值由输入像素点决定。像的每个像素点的灰度值由输入像素点决定。像的每个像素点的灰度值由输入像素点决定。像的每个像素点的灰度值由输入像素点决定。点运点运点运点运算由灰度变换函数（算由灰度变换函数（算由灰度变换函数（算由灰度变换函数（gray-scale transformation,gray-scale transformation,GSTGST）确定确定确定确定。n n注意注意注意注意：n n与与与与局部（邻域）运算局部（邻域）运算局部（邻域）运算局部（邻域）运算的差别，输入像素的差别，输入像素的差别，输入像素的差别，输入像素-输出像素一一

9、对输出像素一一对输出像素一一对输出像素一一对应；应；应；应；n n与与与与几何运算几何运算几何运算几何运算的差别，不改变图像的空间关系；的差别，不改变图像的空间关系；的差别，不改变图像的空间关系；的差别，不改变图像的空间关系；n n又称为又称为又称为又称为对比度增强对比度增强对比度增强对比度增强，对比度拉伸或灰度变换。，对比度拉伸或灰度变换。，对比度拉伸或灰度变换。，对比度拉伸或灰度变换。第8页/共150页（1 1）线性点运算）线性点运算）线性点运算）线性点运算lenna.bmp第9页/共150页（2 2）非线性点运）非线性点运）非线性点运）非线性点运算算算算lenna.bmp第10页/共15

10、0页3 3）灰度变换应用灰度变换应用（a）图象求反）图象求反（b）增强对比度增强对比度（c）动态范围压缩动态范围压缩（d）灰度灰度切分切分第11页/共150页4 4）获取变换函数的方法获取变换函数的方法获取变换函数的方法获取变换函数的方法(a)固定函数：固定函数：指数函数、正弦函数、分段线性函数、幂次函数、对数函数指数函数、正弦函数、分段线性函数、幂次函数、对数函数 (b)交互样点插值：交互样点插值：用过点的三次样条插值曲线，获得变换函数。用过点的三次样条插值曲线，获得变换函数。第12页/共150页4.24.2 直方图增强直方图增强直方图增强直方图增强n直直方方图图p(rk)=N(rk)/N描

11、描述述了了图图像像的的灰灰度度范范围围、灰灰度度级级的的分分布布、每个灰度级出现的频率、整幅图像的平均明暗和对比度等。每个灰度级出现的频率、整幅图像的平均明暗和对比度等。暗图像暗图像亮图像亮图像低对比度图像低对比度图像高对比度图像高对比度图像第13页/共150页4.2.14.2.1 直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化直方图均衡化(Histogram Equalization)(Histogram Equalization)n n将原始图像的直方图变换为近似均匀分布的形式。将原始图像的直方图变换为近似均匀分布的形式。将原始图像的直方图变换为近似均

12、匀分布的形式。将原始图像的直方图变换为近似均匀分布的形式。第14页/共150页直方图均衡化原理直方图均衡化原理直方图均衡化原理直方图均衡化原理n直方图均衡化直方图均衡化 灰度变换灰度变换n直方图均衡化问题的求解直方图均衡化问题的求解 求解一个灰度变换函数求解一个灰度变换函数实质为实质为转化为转化为第15页/共150页直方图均衡化灰度变换函数直方图均衡化灰度变换函数直方图均衡化灰度变换函数直方图均衡化灰度变换函数T(r)T(r)T(r)T(r)：s=T(r)s=T(r)s=T(r)s=T(r)T(r)T(r)T(r)T(r)必须满足以下条件：必须满足以下条件：必须满足以下条件：必须满足以下条件：

13、n n在在在在0 0r rL-1L-1范围内范围内范围内范围内T(r)T(r)T(r)T(r)为为为为单调递增函数单调递增函数单调递增函数单调递增函数各灰度级在变换后仍保持从黑到白的单一变化顺序各灰度级在变换后仍保持从黑到白的单一变化顺序各灰度级在变换后仍保持从黑到白的单一变化顺序各灰度级在变换后仍保持从黑到白的单一变化顺序n n00T(r)T(r)L-1L-1变换前后灰度值动态范围一致，避免整体变亮或变暗变换前后灰度值动态范围一致，避免整体变亮或变暗变换前后灰度值动态范围一致，避免整体变亮或变暗变换前后灰度值动态范围一致，避免整体变亮或变暗第16页/共150页从连续灰度级的情况来推导直方图均

14、衡化灰度变换公式。从连续灰度级的情况来推导直方图均衡化灰度变换公式。从连续灰度级的情况来推导直方图均衡化灰度变换公式。从连续灰度级的情况来推导直方图均衡化灰度变换公式。令令令令r r r r代表灰度级，代表灰度级，代表灰度级，代表灰度级，P(r)P(r)P(r)P(r)为概率密度函数。最大灰度值为为概率密度函数。最大灰度值为为概率密度函数。最大灰度值为为概率密度函数。最大灰度值为L-1L-1L-1L-1。直方图均衡化：直方图均衡化：非均匀分布的直非均匀分布的直方图方图p(r)转换为均匀分布的直方转换为均匀分布的直方图图p(s)=1/(L-1)第17页/共150页令令令令p pr r(r)(r)

15、和和和和p ps s(s)(s)分分分分别别别别表表表表示示示示灰灰灰灰度度度度级级级级r r和和和和s s的的的的概概概概率率率率密密密密度度度度函函函函数数数数PDFPDF，若若若若p pr r(r)(r)和灰度变换函数和灰度变换函数和灰度变换函数和灰度变换函数s=T(r)s=T(r)已知，则由基本概率论可知：已知，则由基本概率论可知：已知，则由基本概率论可知：已知，则由基本概率论可知：公公公公式式式式右右右右边边边边是是是是r r的的的的累累累累积积积积分分分分布布布布函函函函数数数数CDFCDF。因因因因为为为为PDFPDF总总总总为为为为正正正正，CDFCDF是是是是PDFPDF的的

16、的的积积积积分分分分，故故故故满满满满足足足足单单单单调调调调递递递递增增增增条条条条件件件件，而而而而由由由由于于于于PDFPDF曲曲曲曲线下方的面积为线下方的面积为线下方的面积为线下方的面积为1 1，故，故，故，故s s的最大值为的最大值为的最大值为的最大值为L-1L-1，也满足函数范围。，也满足函数范围。，也满足函数范围。，也满足函数范围。第18页/共150页应用到离散灰度级：应用到离散灰度级：应用到离散灰度级：应用到离散灰度级：设一幅图像的象素总数为设一幅图像的象素总数为设一幅图像的象素总数为设一幅图像的象素总数为N N，分，分，分，分L L个灰度级。个灰度级。个灰度级。个灰度级。nk

17、为第为第为第为第k k个灰度级出现的频数。个灰度级出现的频数。个灰度级出现的频数。个灰度级出现的频数。第第第第k k个灰度级出现的概率个灰度级出现的概率个灰度级出现的概率个灰度级出现的概率 P(rk)=nk/N 其中其中其中其中0rkL-1，k=0,1,2,.,L-1k=0,1,2,.,L-1 则灰度变换函数的形式为：则灰度变换函数的形式为：则灰度变换函数的形式为：则灰度变换函数的形式为：第19页/共150页例：设图像有例：设图像有64*64=4096个像素，有个像素，有8个灰度级（个灰度级（L8），），灰度分布如表所示。试进行直方图均衡化。灰度分布如表所示。试进行直方图均衡化。灰度级灰度级r

18、k01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02第20页/共150页灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02sk0.19*7=1.330.44*7=3.080.65*7=4.550.81*7=5.670.89*7=6.230.95*7=6.650.98*7=6.861*7=7第21页/共150页灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk7901023

19、85065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02sksk舍入舍入135667770.19*7=1.330.44*7=3.080.65*7=4.550.81*7=5.670.89*7=6.230.95*7=6.650.98*7=6.861*7=7第22页/共150页灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02sksk舍入舍入13566777rksk0113253、465、6、770.19*7=1.330.44

20、*7=3.080.65*7=4.550.81*7=5.670.89*7=6.230.95*7=6.650.98*7=6.861*7=7第23页/共150页灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02sksk舍入舍入13566777rksk0113253、465、6、77直方图直方图Ps(sk)790(0.19)1023(0.25)850(0.21)985(0.24)4480.110.19*7=1.330.44*7=3.080.65*7=4.550.81*7=5.670

21、.89*7=6.230.95*7=6.650.98*7=6.861*7=7第24页/共150页均衡化前后直方图比较：均衡化前后直方图比较：直方图均衡化直方图均衡化第25页/共150页 直直直直方方方方图图图图均均均均衡衡衡衡化化化化的的的的局局局局限限限限性性性性：自自自自动动动动增增增增强强强强整整整整个个个个图图图图像像像像的的的的对对对对比比比比度度度度，具具具具体体体体的的的的增增增增强强强强效效效效果果果果不不不不易易易易控控控控制制制制，处处处处理理理理的的的的结结结结果果果果总总总总是是是是得得得得到到到到全全全全局局局局均均均均衡化的直方图，实际中有时应用效果不理想。衡化的直方

22、图，实际中有时应用效果不理想。衡化的直方图，实际中有时应用效果不理想。衡化的直方图，实际中有时应用效果不理想。原图像原图像均衡化后图像均衡化后图像效果较好图像效果较好图像第26页/共150页4.2.14.2.1 直方图规定化直方图规定化直方图规定化直方图规定化直方图规定化直方图规定化直方图规定化直方图规定化n n修改一幅图像的直方图，使它与另一幅图像直方图匹配修改一幅图像的直方图，使它与另一幅图像直方图匹配修改一幅图像的直方图，使它与另一幅图像直方图匹配修改一幅图像的直方图，使它与另一幅图像直方图匹配或具有指定的直方图形状。或具有指定的直方图形状。或具有指定的直方图形状。或具有指定的直方图形状

23、。第27页/共150页直方图规格化直方图规格化直方图规格化直方图规格化n n把已知图象变换成具有期望的某种直方图的图象把已知图象变换成具有期望的某种直方图的图象把已知图象变换成具有期望的某种直方图的图象把已知图象变换成具有期望的某种直方图的图象n n连续情况：设连续情况：设连续情况：设连续情况：设 分别为变换前后图象的灰度密度函数分别为变换前后图象的灰度密度函数分别为变换前后图象的灰度密度函数分别为变换前后图象的灰度密度函数n n对前后图象都做直方图均衡化，有对前后图象都做直方图均衡化，有对前后图象都做直方图均衡化，有对前后图象都做直方图均衡化，有第28页/共150页直方图规格化直方图规格化直

24、方图规格化直方图规格化n n两均衡化图象直方图是一样的，即两均衡化图象直方图是一样的，即两均衡化图象直方图是一样的，即两均衡化图象直方图是一样的，即 n n规格化方法：规格化方法：规格化方法：规格化方法：n n将原图象均匀化将原图象均匀化将原图象均匀化将原图象均匀化n n将均匀化图象反变换为具有期望的直方图的图将均匀化图象反变换为具有期望的直方图的图将均匀化图象反变换为具有期望的直方图的图将均匀化图象反变换为具有期望的直方图的图象象象象n n综合综合综合综合第29页/共150页直直直直方方方方图图图图规规规规定定定定化化化化：借借借借助助助助直直直直方方方方图图图图均均均均衡衡衡衡变变变变换换

25、换换实现规定的灰度映射。实现规定的灰度映射。实现规定的灰度映射。实现规定的灰度映射。对原始直方图进行灰度均衡化对原始直方图进行灰度均衡化对原始直方图进行灰度均衡化对原始直方图进行灰度均衡化 对规定直方图进行灰度均衡化对规定直方图进行灰度均衡化对规定直方图进行灰度均衡化对规定直方图进行灰度均衡化 将将将将原原原原始始始始直直直直方方方方图图图图对对对对应应应应映映映映射射射射到到到到规规规规定定定定直直直直方方方方图，即将所有的图，即将所有的图，即将所有的图，即将所有的p(rp(ri i)对应到对应到对应到对应到 p(zp(zj j)去。去。去。去。第30页/共150页例：设图像有例：设图像有6

26、4*64=4096个像素，有个像素，有8个灰度级（个灰度级（L8），），灰度分布和希望变换后得到的直方图如表所示。试进行直灰度分布和希望变换后得到的直方图如表所示。试进行直方图匹配。方图匹配。灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02Pz(zk)0000.150.200.300.200.15第31页/共150页 步骤步骤步骤步骤1 1：对原始直方图进行直方图均衡化：对原始直方图进行直方图均衡化：对原始直方图进行直方图均衡化：对原始直方图进行直方图均衡化：灰度级灰度级

27、rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02Pz(zk)0000.150.200.300.200.15sk1.333.084.555.676.236.656.867第32页/共150页步骤步骤2：对规定直方图进行直方图均衡化：对规定直方图进行直方图均衡化：灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)0.190.250.210.160.080.060.030.02Pz(zk)0000.150.200.300.200.1

28、5sk1.333.084.555.676.236.656.867G(zq)0001.052.454.555.957第33页/共150页步骤步骤3：从：从rk映射到映射到zq灰度级灰度级rk01234567直方图直方图nk790102385065632924512281Pr(rk)原图原图0.190.250.210.160.080.060.030.02V10.190.440.650.810.890.950.981Pz(zk)0000.150.200.300.200.15v20.150.350.680.851sk1.333.084.555.676.236.656.867G(zq)0001.052.

29、454.555.957确定映射确定映射关系关系0314253,465.6.77变换后直变换后直方图方图0000.190.250.210.240.11第34页/共150页4 4.3 3空域空域空域空域滤波器滤波器滤波器滤波器利用象素本身以及其邻域象素的灰度关系进行增强的利用象素本身以及其邻域象素的灰度关系进行增强的方法常称为方法常称为滤波滤波，在图象空间借助模板进行在图象空间借助模板进行邻域运算邻域运算称称为空域滤波。为空域滤波。分类分类1：线性：如邻域平均：线性：如邻域平均 非线性：如中值滤波非线性：如中值滤波分类分类2：平滑：模糊，消除噪声：平滑：模糊，消除噪声 锐化：增强被模糊的细节锐化：

30、增强被模糊的细节第35页/共150页n n1 1 1 1、邻域运算、邻域运算、邻域运算、邻域运算n n定义：输出图像中每个像素由定义：输出图像中每个像素由定义：输出图像中每个像素由定义：输出图像中每个像素由对应的输入像素及其对应的输入像素及其对应的输入像素及其对应的输入像素及其一个邻域内的像素一个邻域内的像素一个邻域内的像素一个邻域内的像素共同决定的图像运算。共同决定的图像运算。共同决定的图像运算。共同决定的图像运算。通常通常通常通常邻域邻域邻域邻域是远比图像尺寸小的一个规则形状。一个是远比图像尺寸小的一个规则形状。一个是远比图像尺寸小的一个规则形状。一个是远比图像尺寸小的一个规则形状。一个点

31、的邻域定义为以该点为中心的一个圆内部或边界点的邻域定义为以该点为中心的一个圆内部或边界点的邻域定义为以该点为中心的一个圆内部或边界点的邻域定义为以该点为中心的一个圆内部或边界上点的集合。上点的集合。上点的集合。上点的集合。邻域运算与点运算一起构成最基本、最重要的图像处理方法。邻域运算与点运算一起构成最基本、最重要的图像处理方法。第36页/共150页点点+的的4 4邻域邻域圆形邻域圆形邻域点点+的的8 8邻域邻域矩形邻域矩形邻域第37页/共150页n n均值均值均值均值n n进一步的表达进一步的表达进一步的表达进一步的表达第38页/共150页n n2、相关与卷积、相关与卷积n n信号与系统分析中

32、基本运算相关信号与系统分析中基本运算相关信号与系统分析中基本运算相关信号与系统分析中基本运算相关与卷积，在实际图像处理中都表与卷积，在实际图像处理中都表与卷积，在实际图像处理中都表与卷积，在实际图像处理中都表现为邻域运算。现为邻域运算。现为邻域运算。现为邻域运算。n n两个连续函数两个连续函数两个连续函数两个连续函数f(x)f(x)和和和和g(x)g(x)的的的的相关相关相关相关记记记记作：作：作：作：n n两个连续函数两个连续函数两个连续函数两个连续函数f(x)f(x)和和和和g(x)g(x)的的的的卷积卷积卷积卷积定定定定义为：义为：义为：义为：第39页/共150页n n3 3、模板、模板

33、、模板、模板(template(template，filter mask)filter mask)的相关与卷积运算的相关与卷积运算的相关与卷积运算的相关与卷积运算n n给定图像给定图像给定图像给定图像f(x,y)f(x,y)大小大小大小大小N*NN*N，模板模板模板模板T(i,j)T(i,j)大小大小大小大小m*mm*m（mm为奇数）。为奇数）。为奇数）。为奇数）。n n常用的相关运算定义为：使模板中心常用的相关运算定义为：使模板中心常用的相关运算定义为：使模板中心常用的相关运算定义为：使模板中心T(m-1)/2,(m-1)/2)T(m-1)/2,(m-1)/2)与与与与f(x,y)f(x,y

34、)对应。对应。对应。对应。第40页/共150页第41页/共150页n n卷积运算定义为卷积运算定义为卷积运算定义为卷积运算定义为：第42页/共150页n n4 4 4 4、相关与卷积的物理含义、相关与卷积的物理含义、相关与卷积的物理含义、相关与卷积的物理含义n n相关运算是相关运算是相关运算是相关运算是将模板当权重矩阵作加权平均将模板当权重矩阵作加权平均将模板当权重矩阵作加权平均将模板当权重矩阵作加权平均；n n而卷积先沿纵轴翻转，再沿横轴翻转后再加权平均。而卷积先沿纵轴翻转，再沿横轴翻转后再加权平均。而卷积先沿纵轴翻转，再沿横轴翻转后再加权平均。而卷积先沿纵轴翻转，再沿横轴翻转后再加权平均。

35、如果模板是对称的，那么相如果模板是对称的，那么相关与卷积运算结果完全相同。关与卷积运算结果完全相同。邻域运算实际上就是卷积和邻域运算实际上就是卷积和相关运算，用信号分析的观相关运算，用信号分析的观点就是滤波。点就是滤波。第43页/共150页4.3.2 4.3.2 平滑化平滑化平滑化平滑化（钝化，（钝化，（钝化，（钝化，smoothingsmoothing）滤波器滤波器滤波器滤波器n n图像平滑的目的：消除或尽量减少噪声的影响，改善图像平滑的目的：消除或尽量减少噪声的影响，改善图像平滑的目的：消除或尽量减少噪声的影响，改善图像平滑的目的：消除或尽量减少噪声的影响，改善图像的质量。图像的质量。图像

36、的质量。图像的质量。n n假设：假定假设：假定假设：假定假设：假定加性噪声是随机独立分布的条件加性噪声是随机独立分布的条件加性噪声是随机独立分布的条件加性噪声是随机独立分布的条件下，利用下，利用下，利用下，利用邻域的平均或加权平均可以有效的抑制噪声干扰。邻域的平均或加权平均可以有效的抑制噪声干扰。邻域的平均或加权平均可以有效的抑制噪声干扰。邻域的平均或加权平均可以有效的抑制噪声干扰。n n从信号分析的观点：图像平滑本质上是从信号分析的观点：图像平滑本质上是从信号分析的观点：图像平滑本质上是从信号分析的观点：图像平滑本质上是低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波。将。将。将。将信号的低频部分通过，而阻

37、截高频的噪声信号。信号的低频部分通过，而阻截高频的噪声信号。信号的低频部分通过，而阻截高频的噪声信号。信号的低频部分通过，而阻截高频的噪声信号。n n问题：往往图像边缘也处于高频部分。问题：往往图像边缘也处于高频部分。问题：往往图像边缘也处于高频部分。问题：往往图像边缘也处于高频部分。n n方法：方法：方法：方法：邻域平均法（线性）；中值滤波法（非线性）邻域平均法（线性）；中值滤波法（非线性）邻域平均法（线性）；中值滤波法（非线性）邻域平均法（线性）；中值滤波法（非线性）第44页/共150页1.邻域平均法：邻域平均法：用几个像素灰度用几个像素灰度的平均代替一个像素原来的灰度的平均代替一个像素原

38、来的灰度值，实现图像的平滑。值，实现图像的平滑。简单平均法简单平均法简单平均法简单平均法加权平均法加权平均法加权平均法加权平均法都属于低通滤波。都属于低通滤波。第45页/共150页n n1 1）简单平均法（矩形邻域和圆形邻域）简单平均法（矩形邻域和圆形邻域）简单平均法（矩形邻域和圆形邻域）简单平均法（矩形邻域和圆形邻域）n n注意：大尺寸模板可以加大滤波程度，但也会导致图注意：大尺寸模板可以加大滤波程度，但也会导致图注意：大尺寸模板可以加大滤波程度，但也会导致图注意：大尺寸模板可以加大滤波程度，但也会导致图像细节的损失。像细节的损失。像细节的损失。像细节的损失。第46页/共150页有高斯噪声的

39、有高斯噪声的朱家角朱家角风光风光无噪声朱家角风光无噪声朱家角风光通过通过T3邻域平均后的朱家角风光邻域平均后的朱家角风光通过通过T5邻域平均后的朱家角风光邻域平均后的朱家角风光第47页/共150页n n2）加权平均法）加权平均法n n采用高斯函数作为加权函数采用高斯函数作为加权函数采用高斯函数作为加权函数采用高斯函数作为加权函数。n n原因一原因一原因一原因一：二维高斯函数具有：二维高斯函数具有：二维高斯函数具有：二维高斯函数具有旋转旋转旋转旋转对称性对称性对称性对称性，保证滤波时各方向平滑，保证滤波时各方向平滑，保证滤波时各方向平滑，保证滤波时各方向平滑程度相同；程度相同；程度相同；程度相同

40、；n n原因二原因二原因二原因二：离中心点越远权值越小。：离中心点越远权值越小。：离中心点越远权值越小。：离中心点越远权值越小。确保边缘细节不被模糊。确保边缘细节不被模糊。确保边缘细节不被模糊。确保边缘细节不被模糊。0第48页/共150页10.5110.510.5110.510.5110.50.50.50.50.50.50.50.50.50.50.51/17*设计模板系数的原则设计模板系数的原则 大于大于0 中间加权系数大，周围加权系中间加权系数大，周围加权系数小，例如：数小，例如：中间选中间选1，周围选，周围选0.5 二维零均值高斯离散函数值作为滤波器系数二维零均值高斯离散函数值作为滤波器系

41、数需确定模板尺寸需确定模板尺寸n和参数和参数 的值。的值。第49页/共150页n n设定设定设定设定 2 2和和和和n n，确定高斯模板权值。如确定高斯模板权值。如确定高斯模板权值。如确定高斯模板权值。如 2 2=2=2和和和和n=5n=5i,j-2-1012-20.1050.2870.3680.2870.105-10.2870.6060.7790.6060.28700.3680.77910.7790.36810.2870.6060.7790.6060.28720.1050.2870.3680.2870.105第50页/共150页n n整数化和归一化后得：整数化和归一化后得：整数化和归一化后得

42、：整数化和归一化后得：i,j-2-1012-212321-124642036763124642212321第51页/共150页经过高斯滤波后的朱家角风光经过高斯滤波后的朱家角风光通过通过T5邻域平均后的朱家角风光邻域平均后的朱家角风光第52页/共150页2)2)模板尺寸对滤波器效果的影响模板尺寸对滤波器效果的影响n n模板尺寸越大，图像越模糊，图像模板尺寸越大，图像越模糊，图像模板尺寸越大，图像越模糊，图像模板尺寸越大，图像越模糊，图像细节丢失越多。细节丢失越多。细节丢失越多。细节丢失越多。5 5 模模板板9 9 模模板板第53页/共150页2.2.中值滤波法中值滤波法中值滤波法中值滤波法n

43、n图像的中值滤波是一种非线性方法；图像的中值滤波是一种非线性方法；图像的中值滤波是一种非线性方法；图像的中值滤波是一种非线性方法；n n中值滤波一般采用一个含有奇数个点的滑动窗口，对采样窗中值滤波一般采用一个含有奇数个点的滑动窗口，对采样窗中值滤波一般采用一个含有奇数个点的滑动窗口，对采样窗中值滤波一般采用一个含有奇数个点的滑动窗口，对采样窗口内像素的灰度数值进行排序，并取序列中位于中间位置的口内像素的灰度数值进行排序，并取序列中位于中间位置的口内像素的灰度数值进行排序，并取序列中位于中间位置的口内像素的灰度数值进行排序，并取序列中位于中间位置的灰度作为中心像素的灰度灰度作为中心像素的灰度灰度

44、作为中心像素的灰度灰度作为中心像素的灰度。1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 1 10 0 1 0 00 0 1 0 01 1 1 1 10 0 1 0 00 0 1 0 00 0 1 0 00 1 1 1 01 1 1 1 10 1 1 1 00 0 1 0 01 0 1 0 10 1 1 1 01 1 1 1 10 1 1 1 01 0 1 0 14种不同的采样窗口模板种不同的采样窗口模板第54页/共150页n n中值的确定：中值的确定：中值的确定：中值的确定：n n对奇数个元素，中值是指按大小排序后中间的数值；对奇数个元素，中值是指按大小排

45、序后中间的数值；对奇数个元素，中值是指按大小排序后中间的数值；对奇数个元素，中值是指按大小排序后中间的数值；n n对偶数个元素，中值是指排序后中间两个元素灰度值的对偶数个元素，中值是指排序后中间两个元素灰度值的对偶数个元素，中值是指排序后中间两个元素灰度值的对偶数个元素，中值是指排序后中间两个元素灰度值的平均值。平均值。平均值。平均值。n n中值滤波效果与中值滤波效果与中值滤波效果与中值滤波效果与模板尺寸、形状，以及中值计算涉及的像模板尺寸、形状，以及中值计算涉及的像模板尺寸、形状，以及中值计算涉及的像模板尺寸、形状，以及中值计算涉及的像素数有关素数有关素数有关素数有关（当参与中值计算像素数超

46、过（当参与中值计算像素数超过（当参与中值计算像素数超过（当参与中值计算像素数超过9-139-13时，计算量增加时，计算量增加时，计算量增加时，计算量增加显著，因此通常取若干稀疏分布的像素做中值计算）显著，因此通常取若干稀疏分布的像素做中值计算）显著，因此通常取若干稀疏分布的像素做中值计算）显著，因此通常取若干稀疏分布的像素做中值计算）。n n对对对对脉冲干扰脉冲干扰脉冲干扰脉冲干扰及椒盐噪声及椒盐噪声及椒盐噪声及椒盐噪声的抑制效果好，在抑制随机噪声的同的抑制效果好，在抑制随机噪声的同的抑制效果好，在抑制随机噪声的同的抑制效果好，在抑制随机噪声的同时能有效保护边缘少受模糊。时能有效保护边缘少受模

47、糊。时能有效保护边缘少受模糊。时能有效保护边缘少受模糊。n n但不太适合点、线等细节较多的图像。但不太适合点、线等细节较多的图像。但不太适合点、线等细节较多的图像。但不太适合点、线等细节较多的图像。如如（10,15,20,20,20,20,20,25,100）第55页/共150页n窗口窗口尺寸对噪声的影尺寸对噪声的影响响 小于中值滤波器面积一半的亮或暗的物体基本小于中值滤波器面积一半的亮或暗的物体基本上会滤掉，而较大的物体则会原封不动地保留下上会滤掉，而较大的物体则会原封不动地保留下来。来。要想去掉噪声，应保证窗口内像素总数的一要想去掉噪声，应保证窗口内像素总数的一半大于噪声所包含的个数。半大

48、于噪声所包含的个数。但并不是窗口愈大愈好，窗口太大会使图像但并不是窗口愈大愈好，窗口太大会使图像边缘模糊。边缘模糊。第56页/共150页有椒盐噪声的朱家角风光有椒盐噪声的朱家角风光用用3*3的滤波窗口对上图做二维中值滤波的滤波窗口对上图做二维中值滤波第57页/共150页n n中值滤波中值滤波中值滤波中值滤波（以（以（以（以3333的窗口为例）的窗口为例）的窗口为例）的窗口为例）n n主要用途：主要用途：主要用途：主要用途：平滑化图像、去除噪声平滑化图像、去除噪声平滑化图像、去除噪声平滑化图像、去除噪声n n计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：R=mid zR=mid zk k|k=1,2,

49、9|k=1,2,9n n最大值滤波最大值滤波最大值滤波最大值滤波n n主要用途：主要用途：主要用途：主要用途：寻找最亮点寻找最亮点寻找最亮点寻找最亮点n n计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：R=max zR=max zk k|k=1,2,9|k=1,2,9n n最小值滤波最小值滤波最小值滤波最小值滤波n n主要用途：主要用途：主要用途：主要用途：寻找最暗点寻找最暗点寻找最暗点寻找最暗点n n计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：R=min zR=min zk k|k=1,2,9|k=1,2,9 第58页/共150页4.3.3 锐化滤波器锐化滤波器n n图像锐化的目的：加强图像轮廓，使图

50、像看起来比图像锐化的目的：加强图像轮廓，使图像看起来比图像锐化的目的：加强图像轮廓，使图像看起来比图像锐化的目的：加强图像轮廓，使图像看起来比较清晰。较清晰。较清晰。较清晰。n n从信号分析的观点：图像锐化本质上是从信号分析的观点：图像锐化本质上是从信号分析的观点：图像锐化本质上是从信号分析的观点：图像锐化本质上是高通滤波高通滤波高通滤波高通滤波。n n类型：高通滤波器类型：高通滤波器类型：高通滤波器类型：高通滤波器；微分滤波器；微分滤波器；微分滤波器；微分滤波器第59页/共150页1.1.基本高通滤波基本高通滤波基本高通滤波基本高通滤波1)1)滤波器模板系数的设计滤波器模板系数的设计滤波器模