西安电子科技大学：《数字图像处理》课程教学资源（课件讲稿）第四章 图象增强

第4章 图像增强 ◆4.0 概述 ◆4.1 图像的对比度增强 ◆4.2 图像的直方图修正 ◆4.3 图像平滑 ◆4.4 图形锐化 ◆4.5 图像的同态滤波 ◆4.6 图像的彩色增强 Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing ◆4.0 概述 ◆4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强 ◆4.2 图像的直方图修正 图像的直方图修正 ◆4.3 图像平滑 ◆4.4 图形锐化 ◆4.5 图像的同态滤波 图像的同态滤波 ◆4.6 图像的彩色增强 图像的彩色增强 第4章 图像增强

4.0 概述 一、什么是图象增强？ 图像增强是对图像进行加工，以得到对具体应用来说 视觉效果更“好”，或更“有用”的图像的技术。 二、为什么要增强图象？ 图像在传输或者处理过程中会引入噪声或使图像变模 糊，从而降低了图像质量，甚至淹没了特征，给分析带来 了困难。 Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing 一、什么是图象增强？ 一、什么是图象增强？ 图像增强是对图像进行加工，以得到对具体应用来说 图像增强是对图像进行加工，以得到对具体应用来说 视觉效果更“好”，或更“有用”的图像的技术。 的图像的技术。 二、为什么要增强图象？ 为什么要增强图象？ 图像在传输或者处理过程中会引入噪声或使图像变模 图像在传输或者处理过程中会引入噪声或使图像变模 糊，从而降低了图像质量，甚至淹没了特征，给分析带来 糊，从而降低了图像质量，甚至淹没了特征，给分析带来 了困难。 4.0 概 述

4.0概述 三、目的： (1)改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度； (2)将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理 的形式。 注意：在图像增强的过程中，没有新信息的增如，只 是通过压制一部分信息，从而突出另一部分信息、。 Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing 4.0 概 述 三、目的： （1）改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度； ）改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度； （2）将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理 ）将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理 的形式。 注意：在图像增强的过程中，没有新信息的增加，只 在图像增强的过程中，没有新信息的增加，只 是通过压制一部分信息，从而突出另一部分信息。 是通过压制一部分信息，从而突出另一部分信息

4.0概述 四、图象增强方法分类和方法过程 空域法：直接对图像的像素灰度值进行操作。包括图像 的灰度变换、直方图修正、平滑和锐化处理、彩色增强 等。 f(m,n)→修正h(m,n)→g(m,n)=f(m,n)oh(m,n) 频域法：在图像的变换域中，对图像的变换值进行操 作，然后经逆变换获得所需的增强结果。 常用的方法包括低通滤波、高频提升滤波以及同态滤波 法等。 fm,n)→正变换a)→修正H(u,v)GuD→反变换→g(m,) g(x,y)=T{G(u,v),G(u,v)=H(u,v)F(u,v),F(u,v)=T{f(x,y)) Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing 四、 图象增强方法分类和方法过程 图象增强方法分类和方法过程 空域法：直接对图像的像素灰度值进行操作。包括图像 直接对图像的像素灰度值进行操作。包括图像 的灰度变换、直方图修正、平滑和锐化处理、彩色增强 的灰度变换、直方图修正、平滑和锐化处理、彩色增强 等。 频域法：在图像的变换域中，对图像的变换值进行操 在图像的变换域中，对图像的变换值进行操 作，然后经逆变换获得所需的增强结果。 作，然后经逆变换获得所需的增强结果。 常用的方法包括低通滤波、高频提升滤波以及同态滤波 常用的方法包括低通滤波、高频提升滤波以及同态滤波 法等。 4.0 概 述 f(m,n) h(m,n) g(m,n) = f(m,n)oh(m,n) → → 修正 f(m,n) → ⎯⎯⎯ 正变换 修正 F uv (,)→ ⎯ H(u, v) G uv ⎯(,) ⎯→ → 反变换 g(m,n) { } { } -1 g(x, y) = T G(u, v) ,G(u, v) = H(u, v)F(u, v),F(u, v) = T f(x, y )

4.1 图像的对比度增强 图像增强 且的：一是改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度； 二是将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理的形 式。 分类： 频域法：直接对图像的像素灰度值进行操作。包括图像的 灰度变换、直方图修正、图像空域平滑和锐化处理、彩色增强 等。 空域法：在图像的变换域中，对图像的变换值进行操作， 然后经逆变换获得所鼎的增强结果。常用的方法包括低通滤 波、高通滤波以及同态滤波等。 Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing ◘图像增强 目的：一是改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度； 一是改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度； 二是将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理的形 二是将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理的形 式。 分类： 频域法：直接对图像的像素灰度值进行操作。包括图像的 直接对图像的像素灰度值进行操作。包括图像的 灰度变换、直方图修正、图像空域平滑和锐化处理、彩色增强 灰度变换、直方图修正、图像空域平滑和锐化处理、彩色增强 等。 空域法：在图像的变换域中，对图像的变换值进行操作， 在图像的变换域中，对图像的变换值进行操作， 然后经逆变换获得所需的增强结果。常用的方法包括低通滤 然后经逆变换获得所需的增强结果。常用的方法包括低通滤 波、高通滤波以及同态滤波等。 波、高通滤波以及同态滤波等。 4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强

4.1 图像的对比度增强 图像对比度增强定义 采用图像灰度值变换的方法，即改变图像像素的灰度值， 以改变图像灰度的动态范围，增强图像的对比度。 设原图像为f(m,n)，处理后为g(m,n)，则对比度增强可表示为 8(m,n)=T[f(m,n)] 其中，T[·]表示增强图像和原图像的灰度变换关系（函 数)。 Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing ◘图像对比度增强定义 图像对比度增强定义 采用图像灰度值变换的方法，即改变图像像素的灰度值， 采用图像灰度值变换的方法，即改变图像像素的灰度值， 以改变图像灰度的动态范围，增强图像的对比度。 以改变图像灰度的动态范围，增强图像的对比度。 设原图像为f(m,n)，处理后为g(m,n)，则对比度增强可表示为 ，则对比度增强可表示为 其中， 表示增强图像和原图像的灰度变换关系（函 表示增强图像和原图像的灰度变换关系（函 数）。 gmn T f mn ( , ) [ ( , )] 4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强 = T[ ]i

4.1 图像的对比度增强 灰度线性变换 ■交度的线性变换：设原图像灰值f(m,n)∈[a,b]线性变换 后的取值8(m,n)∈[c,d],则线性变换如图4.1-1所示。变换关 系式为 g(m,n)=c+k[f(m,n)-a] 其中k= 二C称为变换函数（直线）的斜率， Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing ◘灰度线性变换 ▓ 灰度的线性变换 灰度的线性变换：设原图像灰值 线性变换 后的取值 ，则线性变换如图 ，则线性变换如图4.1-1所示。变换关 系式为 其中 称为变换函数（直线）的斜率。 称为变换函数（直线）的斜率。 ( ,) [,] 4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强 f mn ab ∈ gmn cd ( , ) [, ] ∈ g ( ,) [( ,) ] mn c k = + − f mn a d c k b a − = −

4.1图像的对比度增强 8(m,n) g(m ,n) +f(m,n） (a) (b) 图4.1.1灰度线性变换关系 (a)k=d-c>0 (b)k=d-c<0 b-a b-a Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing 4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强 a b c d a b d c g ( ,) m n f (,) m n gmn ( ,) 图4.1.1 灰度线性变换关系 0 d c k b a − = − 。 （a） （b） （a） （b）

4.1 图像的对比度增强 根据[a,b]和[c,d]的取值大小可有如下几种情况： (1)扩展动态范围：若[a,b]c[c,d],即k>1,则结果会使图像灰度取值 的动态范围展宽，这样就可改善曝光不足的缺陷，或充分利用图像显示 设备的动态范围。 (2)改变取值区间：若k=1,即d-c=b-a，则变换后灰度动态范围 不变，但灰度取值区间会随a和c的大小而平移。 (3)缩小动态范围：若[c,d]c[a,b],即0a,有d<c则变换后图像的灰度 值会反转，即原亮的变暗，原暗的变亮。在k=-1时，8(m,n)即为 f(m,n)的取反。 Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing 根据[a,b]和[c,d]的取值大小可有如下几种情况： （1）扩展动态范围：若 ，即 ，则结果会使图像灰度取值 的动态范围展宽，这样就可改善曝光不足的缺陷，或充分利用图像显示 设备的动态范围。 （2）改变取值区间：若 ，即 ，则变换后灰度动态范围 不变，但灰度取值区间会随a和c的大小而平移。 （3）缩小动态范围：若 ，即 ，则变换后图像动态范 围会变窄。 （4）反转或取反：若 ，即对于 ，有 则变换后图像的灰度 值会反转，即原亮的变暗，原暗的变亮。在 时， 即为 的取反。 [, ] [, ] ab cd ⊂ k >1 k =1 dc ba − = − [, ] [, ] cd ab ⊂ 0 1 d c < k = −1 gmn (,) f (,) m n 4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强

4.1 图像的对比度增强 ■灰度分段线性变换 (1)扩展感兴趣的，牺牲其它 对于感兴趣的[a,b]区间，采用斜率大于I的线性变换来进行扩展，而把其 它区间用a或b来表示。变换函数为 a f(m,n)b (2)扩展感兴趣的，压缩其它 在扩展感兴趣的[，b]区间的同时，为了保留其它区间的灰度尿次，也可以 采用其它区间压缩的方法，即有扩有压。变换函数为 fm,n川 0≤f(m,n)<a Q 8(m,n)={ +d-cfm,m)-a小a≤fm,msb C b-a M-bf(m.n)-b]:b<f(m.n)sM N-d d+ Digital Image Processing

Digital Image Processing Digital Image Processing ▓ 灰度分段线性变换 （1） 扩展感兴趣的，牺牲其它 对于感兴趣的[a,b]区间，采用斜率大于1的线性变换来进行扩展，而把其 它区间用a或b来表示。变换函数为 （2） 扩展感兴趣的，压缩其它 在扩展感兴趣的[a,b]区间的同时，为了保留其它区间的灰度层次，也可以 采用其它区间压缩的方法，即有扩有压。变换函数为 ; (,) ( , ) [ ( , ) ]; ( , ) ; (,) a f mn a d c g mn c f mn a a f mn b b a b f mn b ⎧ ⎩ 4.1 图像的对比度增强 图像的对比度增强 (,) ; 0 (,) - ( , ) [ ( , ) ]; ( , ) - [ ( , ) ]; ( , ) c f m n f mn a a d c g mn c f mn a a f mn b b a N d d f mn b b f mn M M b ⎧ ≤ < ⎪⎪⎪ = ⎨ + − ≤≤ ⎪⎪ − + −< ≤ ⎪⎩ −