1、2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,1 / 32,图像处理和分析技术,章毓晋 清华大学电子工程系 100084 北京,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,2 / 32,第3章 图像增强技术,3.1 图像灰度映射3.2 直方图均衡化3.3 直方图规定化3.4 图像间算术和逻辑运算3.5 空域卷积滤波3.6 频域低通滤波3.7 频域高通滤波,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,3 / 32,变换曲线：将(x, y)处的灰度 f 映射为g 映射规则1. 图像求反将原图灰度值翻转 2. 增强对比度增强原图各部分之间的反差 3. 压缩动态范围对原图进行灰度压缩,3.1 图像
2、灰度映射,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,4 / 32,3.1 图像灰度映射,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,5 / 32,3.1 图像灰度映射,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,6 / 32,3.2 直方图均衡化,统计直方图1个1-D的离散函数提供了原图的灰度值分布情况例3.2.1 不同类型图像和其直方图,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,7 / 32,3.2 直方图均衡化,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,8 / 32,3.2 直方图均衡化,原理和步骤增强函数需要满足2个条件： (1) 单值单增函数 (2) 保证变换前后灰度值
3、动态范围一致性 累积直方图,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,9 / 32,3.2 直方图均衡化,直方图均衡化计算,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,10 / 32,3.2 直方图均衡化,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,11 / 32,3.2 直方图均衡化,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,12 / 32,3.3 直方图规定化,将原始图直方图转换为期望直方图 原理和步骤 1. 对原始图的直方图进行灰度均衡化2. 计算能使规定的直方图均衡化的变换3. 将原始直方图对应映射到规定直方图 例3.3.1 直方图规定化效果示例,2019/6/12,ZYJ
4、-TH-EE-IE,13 / 32,3.3 直方图规定化,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,14 / 32,3.3 直方图规定化,单映射规则,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,15 / 32,3.3 直方图规定化,多映射规则,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,16 / 32,3.4 图像间算术和逻辑运算,算术运算一般用于灰度图像 (1) 加法：记为p + q(2) 减法：记为p q(3) 乘法：记为p q（也可写为pq和p q）(4) 除法：记为p q,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,17 / 32,3.4 图像间算术和逻辑运算,逻辑运算一般用
5、于二值图像 (1) 与（AND）运算：记为p AND q （也可写为pq）(2) 或（OR）运算：记为p OR q （也可写为p + q）(3) 补（COMPLEMENT）运算： 记为NOT q（也可写为),2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,18 / 32,3.4 图像间算术和逻辑运算,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,19 / 32,3.4 图像间算术和逻辑运算,邻域运算算术和逻辑运算也可用于邻域运算 模板运算图3.4.4,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,20 / 32,3.5 空域卷积滤波,在图像空间借助模板进行卷积操作 平滑的目的可分为两种：(1)
6、模糊：目的是在提取较大的目标前去除太 小的细节或将目标内的小间断连接起来(2) 消除噪声,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,21 / 32,3.5 空域卷积滤波,模板卷积主要步骤 (1) 将模板在图中漫游，并将模板中心与 图中某个像素位置重合 (2) 将模板上系数与模板下对应像素相乘 (3) 将所有乘积相加 (4) 将和（模板的输出响应）赋给图中对 应模板中心位置的像素,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,22 / 32,3.5 空域卷积滤波,线性平滑滤波模板的所有系数都是正的邻域平均：所有系数都为1 非线性平滑滤波中值滤波器 既消除噪声又保持图像的细节可以消除孤立的噪声
7、点,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,23 / 32,3.5 空域卷积滤波,中值滤波器工作步骤 (1) 将模板在图中漫游，并将模板中心与图 中某个像素位置重合(2) 读取模板下各对应像素的灰度值(3) 将这些灰度值从小到大排成1列(4) 找出这些值里排在中间的1个(5) 将这个中间值赋给对应模板中心位置的 像素,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,24 / 32,3.5 空域卷积滤波,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,25 / 32,3.5 空域卷积滤波,线性锐化滤波中心系数应为正而周围系数应为负 高频提升滤波器把原始图乘以1个放大系数A再减去平滑图 例3.5
8、.4 线性锐化滤波与高频提升滤波比较,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,26 / 32,3.5 空域卷积滤波,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,27 / 32,3.5 空域卷积滤波,非线性锐化滤波梯度是1个矢量由（用2个模板）分别沿x和y方向计算微分的结果构成,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,28 / 32,3.6 频域低通滤波,卷积理论是频域技术的基础频率域中增强的主要步骤 (1) 计算需增强图的傅里叶变换 (2) 将其与1个（根据需要设计的）转移函数相乘 (3) 再将结果傅里叶反变换以得到增强的图,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,29 /
9、 32,3.6 频域低通滤波,理想低通滤波器巴特沃斯低通滤波器,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,30 / 32,3.7 频域高通滤波,理想高通滤波器巴特沃斯高通滤波器,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,31 / 32,本章要点,3.1节 图像增强的基本概念和利用灰度映射进行增强的方 法 3.2节 图像直方图的计算和利用累积直方图进行增强的方 法 3.3节 直方图规定化技术的原理和利用组映射规则进行增 强的优点 3.4节 在图像间可进行的一些算术运算和逻辑运算 3.5节 空域卷积滤波的原理和模板卷积的方法 3.6节 频域滤波的原理和频域低通滤波的方式方法 3.7节 频域高通滤波的方式方法,2019/6/12,ZYJ-TH-EE-IE,32 / 32,作者联系信息,通信地址：北京清华大学电子工程系（100084） 办公地址：清华大学东主楼，9区307室 办公电话：(010)62781430 传真号码：(010)62770317 电子邮件： 个人主页：
