數(shù)字圖像處理課件(岡薩雷斯第三版)

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1、數(shù) 字 圖 像 處 理 Digital Image Processing合 肥 工 業(yè) 大 學(xué) 理 學(xué) 院信 息 與 計(jì) 算 科 學(xué) 系二 零 零 九 年 內(nèi) 容 提 要八 周 教 學(xué) 內(nèi) 容 依 次 如 下 ：第 1、 2章 緒 論 、 圖 象 處 理 的 根 本 概 念 。第 3、 4章 空 域 和 頻 域 變 換第 5、 8章 圖 象 增 強(qiáng) 和 圖 象 復(fù) 原 。第 6章 圖 象 編 碼第 7、 9章 圖 象 分 割 和 形 態(tài) 學(xué) 。第 10章 其 他 第 1章 緒 論1.1 從 圖 象 到 圖 像 工 程 圖 象 和 數(shù) 字 圖 象 圖 象 技 術(shù) 和 圖 象 工 程 相 關(guān) 學(xué)

2、科 和 領(lǐng) 域1.2 圖 象 處 理 和 分 析 圖 象 處 理 和 分 析 系 統(tǒng) 圖 象 采 集 、 顯 示 、 存 儲(chǔ) 、通 訊 、 處 理 和 分 析 模 塊 圖 象 處 理圖 象 分 析圖 象 理 解抽象程度 數(shù)據(jù)量圖 象 根 底 1.1.1 圖 象 和 數(shù) 字 圖 象什 么 是 圖 象 ？圖 象 (image)是 泛 指 照 片 、 動(dòng) 畫 等 等 形 成 視 覺(jué) 景 象的 事 物 。 圖 象 與 計(jì) 算 機(jī) 圖 形 學(xué) 中 的 圖 形 的 區(qū) 別 是 ：計(jì) 算 機(jī) 圖 形 學(xué) 是 從 建 立 數(shù) 學(xué) 模 型 到 生 成 圖 形 ， 而圖 象 通 常 是 指 從 外 界 產(chǎn) 生 的

3、 圖 形 ?？?觀 世 界 是 三 維 空 間 ， 但 一 般 圖 象 是 二 維 的 。二 維 圖 象 在 反 映 三 維 世 界 的 過(guò) 程 中 必 然 喪 失 了 局部 信 息 。 即 使 是 記 錄 下 來(lái) 的 信 息 也 可 能 有 失 真 ，甚 至 于 難 以 識(shí) 別 物 體 。 因 此 ， 需 要 從 圖 象 中 恢 復(fù)和 重 建 信 息 ， 分 析 和 提 取 圖 象 的 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 以 至于 形 成 人 們 對(duì) 于 圖 象 記 錄 下 的 事 物 有 正 確 和 深 刻的 認(rèn) 識(shí) 。 這 個(gè) 過(guò) 程 就 成 為 圖 象 處 理 過(guò) 程 。1.1 從 圖 象 到 圖 像

4、 工 程 為 什 么 需 要 數(shù) 字 圖 象 (digital image )？ 普 通 圖 象 包 含 的 信 息 量 巨 大 ， 需 要 使 用 計(jì) 算 機(jī) 對(duì) 圖 象進(jìn) 行 處 理 。 因 此 ， 需 要 把 普 通 圖 象 轉(zhuǎn) 變 成 計(jì) 算 機(jī) 能 處 理 的數(shù) 字 圖 象 。 現(xiàn) 在 的 數(shù) 碼 相 機(jī) 可 以 直 接 地 把 視 覺(jué) 圖 象 變 成 數(shù)字 圖 象 。 數(shù) 字 圖 象 類 似 于 光 柵 圖 形 ， 由 有 限 行 和 有 限 列 組成 。 每 個(gè) 根 本 單 元 叫 做 一 個(gè) 象 素 (pixel)。 三 維 圖 象 的 象 素又 叫 做 體 素 (voxel)

5、。 通 常 的 二 維 數(shù) 字 圖 像 是 一 個(gè) 矩 型 ， 可以 用 一 個(gè) 二 維 數(shù) 組 I(x,y) 來(lái) 表 示 ， 其 中 x,y是 二 維 空 間 中的 某 坐 標(biāo) 系 的 坐 標(biāo) ， I(x,y)表 示 圖 像 在 該 點(diǎn) 處 的 灰 度 值 等 性質(zhì) 。 彩 色 可 以 是 紅 綠 藍(lán) 三 個(gè) 單 色 的 一 定 灰 度 值 的 合 成 。 一般 來(lái) 說(shuō) ， 這 些 坐 標(biāo) 和 灰 度 值 是 實(shí) 數(shù) ， 不 僅 依 賴 于 坐 標(biāo) 系 的選 取 ， 而 且 依 賴 于 灰 度 值 的 度 量 單 位 。 但 是 ， 數(shù) 字 計(jì) 算 機(jī)只 可 能 表 示 有 限 字 長(zhǎng) 的

6、有 限 個(gè) 數(shù) 字 。 所 以 必 須 把 灰 度 值 離散 化 。 簡(jiǎn) 單 地 說(shuō) ， 數(shù) 字 圖 象 等 同 于 一 個(gè) 整 數(shù) 值 的 有 限 矩 陣 。數(shù) 字 圖 像 是 數(shù) 字 圖 像 處 理 和 分 析 的 對(duì) 象 。 左 邊 的 圖 象 是 圖 象 處 理 技 術(shù)中 常 用 來(lái) 檢 驗(yàn) 計(jì) 算 機(jī) 算 法 的實(shí) 際 效 果 的 標(biāo) 準(zhǔn) 圖 象 。這 幅 圖 象 的 名 稱 是 lenna。 它是 由 一 組 數(shù) 字 組 成 的 。 原 圖 象的 寬 和 高 都 是 256個(gè) 象 素 ， 每象 素 有 八 位 。 它 在 BMP格 式 下有 約 66K字 節(jié) 的 大 小 。 數(shù) 字

7、 圖 象 處 理 的 簡(jiǎn) 史 數(shù) 字 圖 象 的 產(chǎn) 生 遠(yuǎn) 在 計(jì) 算 機(jī) 出 現(xiàn) 之 前 。 最 早 有 電 報(bào) 傳輸 的 數(shù) 字 圖 象 。 六 、 七 十 年 代 ， 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 的 開(kāi) 展 和快 速 傅 立 葉 變 換 算 法 的 發(fā) 現(xiàn) 使 得 用 計(jì) 算 機(jī) 能 夠 處 理 圖 象 。八 十 年 代 開(kāi) 始 處 理 三 維 圖 象 ， 九 十 年 代 以 來(lái) ， 隨 著 計(jì) 算 機(jī)性 能 的 大 幅 提 高 和 廣 泛 使 用 ， 圖 象 處 理 技 術(shù) 已 經(jīng) 涉 及 社 會(huì)的 各 個(gè) 角 落 。 圖 象 逐 漸 在 傳 播 媒 體 中 占 據(jù) 了 主 導(dǎo) 地

8、位 ， 產(chǎn)生 的 許 多 的 新 行 業(yè) 新 商 機(jī) 。 未 來(lái) 圖 象 處 理 的 開(kāi) 展 是 不 可 限量 的 。 數(shù) 字 圖 象 處 理 屬 于 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) ， 但 是 它 的 90%依 賴于 數(shù) 學(xué) 。 從 這 個(gè) 特 點(diǎn) 來(lái) 看 ， 對(duì) 于 本 專 業(yè) 的 學(xué) 生 來(lái) 說(shuō) ， 數(shù) 字圖 象 處 理 技 術(shù) 是 一 個(gè) 十 分 理 想 的 開(kāi) 展 方 向 。1.1.2 圖 象 技 術(shù) 和 圖 象 工 程 哪 些 屬 于 圖 象 技 術(shù) ？ 圖 象 技 術(shù) 是 與 圖 象 有 關(guān) 部 門 的 技 術(shù) 的 總 稱 。 它 是 一 類 綜 合技 術(shù) 工 程 。 它 包 括 圖 象 的

9、 采 集 、 獲 取 、 編 碼 、 存 儲(chǔ) 和 傳 輸 、圖 象 的 生 成 、 顯 示 和 輸 出 、 圖 象 的 變 換 、 增 強(qiáng) 、 恢 復(fù) 和 重建 、 圖 象 的 分 割 、 目 標(biāo) 的 檢 測(cè) 、 表 達(dá) 和 描 述 、 特 征 的 提 取 、圖 象 的 分 類 、 識(shí) 別 、 圖 象 模 型 的 建 立 和 匹 配 、 圖 象 和 場(chǎng) 景的 理 解 。狹 義 的 數(shù) 字 圖 象 處 理 是 指 圖 象 的 增 強(qiáng) 、 恢 復(fù) 和 重 建 ，操 作 的 對(duì) 象 是 圖 象 的 象 素 ， 輸 出 的 是 圖 象 。 什 么 是 圖 像 工 程 ？ 廣 義 的 數(shù) 字 圖 像 處

10、 理 它 是 由 圖 像 處 理 、 圖 像 分 析 和 圖 像 理 解 三 個(gè) 系統(tǒng) 所 組 成 。 圖 像 處 理 包 括 圖 像 采 集 和 從 圖 像 到 圖 像 的 變 換 ，以 改 善 主 觀 的 視 覺(jué) 效 果 和 為 圖 像 分 析 和 圖 像 理 解 作 初 步 的處 理 。 圖 像 分 析 是 從 圖 像 中 取 出 感 興 趣 的 數(shù) 據(jù) ， 以 描 述 圖像 中 目 標(biāo) 的 特 點(diǎn) 。 圖 像 理 解 是 在 圖 像 分 析 的 根 底 上 研 究 各目 標(biāo) 的 性 質(zhì) 和 相 互 關(guān) 系 ， 以 得 出 圖 像 內(nèi) 容 的 理 解 和 對(duì) 原 場(chǎng)景 的 解 釋 。 圖

11、 像 處 理 、 圖 像 分 析 和 圖 像 理 解 是 處 在 從 低 到高 的 三 個(gè) 不 同 的 抽 象 程 度 上 的 過(guò) 程 。 本 課 程 著 重 于 圖 像 處理 和 分 析 系 統(tǒng) 。 圖 像 處 理圖 像 理 解圖 像 分 析抽象程度 數(shù)據(jù)量圖 像數(shù) 據(jù)符 號(hào) 1.1.3 相 關(guān) 學(xué) 科 和 領(lǐng) 域 圖 象 工 程 是 一 門 系 統(tǒng) 地 研 究 各 種 圖 象 理 論 、 技 術(shù) 和 應(yīng) 用 的交 叉 學(xué) 科 。從 它 的 研 究 方 法 看 ， 它 與 數(shù) 學(xué) 、 物 理 學(xué) 、 生 物 學(xué) 、 心理 學(xué) 、 電 子 學(xué) 、 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 可 以 互 相 借 鑒 ，

12、 從 它 的 研 究 范圍 看 ， 它 與 模 式 識(shí) 別 、 計(jì) 算 機(jī) 視 覺(jué) 、 計(jì) 算 機(jī) 圖 形 學(xué) 等 學(xué) 科交 叉 。 1.2 圖 象 處 理 和 分 析1.2.1 圖 象 處 理 和 分 析 系 統(tǒng)圖 像 處 理 和 分 析 系 統(tǒng) 包 括 如 下 模 塊 ： 圖 像 采 集 模 塊 、 圖 像顯 示 模 塊 、 圖 像 存 儲(chǔ) 模 塊 、 圖 像 通 訊 模 塊 和 圖 像 處 理 和 分析 模 塊 。1.2.2 模 塊 圖 象 采 集 模 塊 CCD 圖 象 顯 示 模 塊 CRT， LCD 圖 象 存 儲(chǔ) 模 塊 內(nèi) 存 、 幀 緩 存 、 硬 盤 圖 象 通 訊 模 塊

13、 LAN、 WAN 圖 象 處 理 和 分 析 模 塊 圖 象 文 件 的 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu)一 個(gè) 完 整 的 圖 象 處 理 程 序 的 根 本 功 能 有 :翻 開(kāi) 圖 象 文 件 、 顯 示 圖 象 、 對(duì)圖 象 文 件 進(jìn) 行 指 定 的 處 理 、 存 儲(chǔ) 圖 象 文 件 。 由 于 圖 象 文 件 比 較 大 ， 通常 需 要 在 儲(chǔ) 存 前 進(jìn) 行 壓 縮 。 所 以 翻 開(kāi) 和 存 儲(chǔ) 圖 象 文 件 涉 及 到 文 件 的 格式 。圖 象 文 件 的 格 式圖 像 文 件 指 包 含 圖 像 數(shù) 據(jù) 的 文 件 。 文 件 內(nèi) 除 圖 像 數(shù) 據(jù) 本 身 以 外 ， 一 般還

14、有 圖 像 的 描 述 信 息 ， 以 便 圖 像 的 讀 取 和 顯 示 。 表 示 圖 像 常 用 矢 量 形式 或 光 柵 形 式 。矢 量 形 式 中 圖 像 用 一 系 列 線 段 或 線 段 的 組 合 體 來(lái) 表 示 ， 線 段 的 灰度 可 以 不 同 ， 組 合 體 的 各 局 部 可 用 不 同 的 灰 度 來(lái) 填 充 。 矢 量 形 式 文 件中 有 一 系 列 的 命 令 和 數(shù) 據(jù) ， 執(zhí) 行 的 結(jié) 果 是 畫 出 圖 像 來(lái) 。 圖 像 數(shù) 據(jù) 文 件 主 要 是 用 光 柵 形 式 ,即 圖 像 是 一 些 圖 像 點(diǎn)的 集 合 ， 比 較 適 合 變 化 復(fù)

15、雜 的 圖 像 。 它 的 主 要 缺 點(diǎn) 是 缺 少對(duì) 象 和 像 素 點(diǎn) 之 間 的 聯(lián) 系 ,且 在 伸 縮 圖 像 的 過(guò) 程 中 圖 像 會(huì)改 變 。 例 如 ， 常 見(jiàn) 的 圖 象 文 件 類 型 有 bmp,jpg等 等 。 圖 象處 理 的 程 序 必 須 考 慮 圖 象 文 件 的 格 式 ， 否 那 么 無(wú) 法 正 確 地翻 開(kāi) 和 保 存 圖 象 文 件 。 pgm格 式美 國(guó) 的 許 多 大 學(xué) 用 pgm格 式 ， 防 止 使 用 壓 縮 文 件 格 式 ， 對(duì)初 學(xué) 者 來(lái) 說(shuō) 是 很 方 便 的 。 下 面 是 一 幅 該 格 式 的 圖 象 。 這 是 一 幅

16、pgm格 式 的 彩 色 照 片 這 是 pgm格 式 彩 色 照 片16進(jìn) 位 制 局 部 代 碼 。 原代 碼 是 不 分 行 的 字 符 串 。這 里 寫 成 分 行 的 形 式 (注意 ： LF=換 行 ； SP=空 格 ； #=注 解 行 )：0 x50 0 x35 0 x0A表 示 P5 (LF);0 x23 0 x20 0 x20 0 x49 0 x0A表 示#(SP)(SP)I(LF) ; 0 x36 0 x34 0 x30 0 x20 0 x34 0 x38 0 x30 0 x0A表 示 640(SP)480(LF); 0 x32 0 x35 0 x35 0 x0A 表 示

17、255(LF)0 x27 0 x27 表 示 23, 23,(像 素 灰 度值 ) 這 幅 圖 象 文 件 的 解 碼 : P5640 4802550 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x26 0 x27 0 x27 0 x27 0 x28 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x26 0 x27 0 x2

18、6 0 x27 0 x28 0 x27 0 x27 0 x26 0 x27 0 x27 0 x27 0 x28 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x28 0 x28 0 x27 0 x28 0 x29 0 x28 0 x27 0 x28 0 x28 0 x28 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x27 0 x28 0 x27 0 x28 0 x28 0 x28 0 x28 0 x28 0 x28 0 x28 0 x28 0 x28 0 x29 0 x29 0 x29 0 x28 0 x28 0 x28 0 x2

19、8. pgm格 式 的 數(shù) 字 圖 像 文 件 是 美 國(guó) 計(jì) 算 機(jī) 科 學(xué) 專 業(yè)圖 像 處 理 教 學(xué) 和 研 究 的 常 用 格 式 ， 雖 然 文 件 體 積比 較 大 ， 但 是 像 素 直 接 與 數(shù) 字 相 聯(lián) 系 ， 易 于 檢 查和 修 改 。 它 由 兩 局 部 組 成 ：1、 第 一 局 部 是 文 件 頭 ， 它 由 假 設(shè) 干 行 組 成 ：第 一 行 說(shuō) 明 文 件 的 類 型 ， 例 如 ， P2 表 示 黑 白 圖 像 或 P5 表 示 彩 色 圖 像 ；接 著 是 以 #開(kāi) 頭 的 注 解 行 ， 在 軟 件 翻 開(kāi) 圖 像 時(shí) 不 執(zhí) 行注 解 行 ， 可

20、 以 沒(méi) 有 注 解 行 ， 或 有 多 個(gè) 以 #開(kāi) 頭 的 注解 行 ；注 解 行 后 的 第 一 行 指 定 數(shù) 字 圖 像 的 大 小 ， 例 如 ， 640 480 寬 640個(gè) 像 素 ， 高 480個(gè) 像 素 ， 中 間 有 一 個(gè) 空格 ；接 下 來(lái) 的 一 行 指 定 圖 像 的 灰 度 等 級(jí) ， 例 如 ， 255。 各行 的 結(jié) 尾 沒(méi) 有 標(biāo) 點(diǎn) 符 號(hào) 。2、 第 二 局 部 是 不 再 分 段 的 位 圖 列 陣 ， 例 如 ， 在 256 灰 度 的 場(chǎng) 合 ， P2類 型 是 一 個(gè) 像 素 一 個(gè) 字 節(jié) 8位 ， P5類 型 是 一 個(gè) 像 素 三 個(gè) 字

21、 節(jié) R、 G、 B各 8位 。 bmp(Bitmap)格 式 BMP(Bitmap-File)圖 形 文 件 是 Windows采 用 的 圖 形 文 件 格式 ， 在 Windows環(huán) 境 下 運(yùn) 行 的 所 有 圖 象 處 理 軟 件 都 支 持BMP圖 象 文 件 格 式 。 Windows系 統(tǒng) 內(nèi) 部 各 圖 像 繪 制 操 作 都是 以 BMP為 根 底 的 。 以 前 的 BMP圖 文 件 格 式 與 顯 示 設(shè) 備 有 關(guān) ， 因 此 把 這 種 BMP圖 象 文 件 格 式 稱 為 設(shè) 備 相 關(guān) 位 圖 DDB(device-dependent bitmap)文 件 格

22、式 。 以 后 的 BMP圖 象 文 件 與 顯 示 設(shè) 備 無(wú) 關(guān) ， 因 此 把 這 種 BMP圖象 文 件 格 式 稱 為 設(shè) 備 無(wú) 關(guān) 位 圖 DIB(device-independent bitmap)格 式 注 ： 以 后 ， 在 系 統(tǒng) 中 仍 然 存 在 DDB位 圖 ， 象BitBlt()這 種 函 數(shù) 就 是 基 于 DDB位 圖 的 。 bmp(Bitmap)格 式bmp格 式 又 稱 位 圖 文 件 。 由 三 局部 組 成 ： 位 圖 文 件 頭 、 位 圖 信 息 和位 圖 列 陣 。 位 圖 文 件 頭 有 54個(gè) 字節(jié) 長(zhǎng) ， 它 給 出 文 件 的 類 型

23、、 大 小 和位 圖 的 起 始 位 置 等 。 位 圖 信 息 給 出圖 像 的 長(zhǎng) 、 寬 和 每 個(gè) 像 素 的 位 數(shù) 1， 4， 8， 24 、 壓 縮 方 法 、 目標(biāo) 設(shè) 備 的 水 平 和 垂 直 分 辨 率 。 位 圖列 陣 給 出 原 始 像 素 的 值 。 另 外 ， 有一 些 常 用 的 壓 縮 文 件 格 式 ， 如 ：GIF(8位 )、 TIFF、 JPEG等 等 。下 面 是 一 個(gè) Matlab程 序 % 翻 開(kāi) 蝴 蝶 圖 象 ,進(jìn) 行 Fourier變 換h=imread(butterfly.jpg); % open an imagefigure; imsh

24、ow(h);% 因 為 圖 像 的 格 式 uint8不 能 做 加 減 法 ,% 所 以 需 要 把 格 式 uint8變 成 格 式 doubleh=double(h); m,n,p=size(h);hf=fftshift(fft2(h); % 2D Fourier變 換 , 得 到 2D復(fù) 數(shù) 值 圖 像hfa=log(abs(hf); % 模 的 圖 像 ,用 log來(lái) 調(diào) 整 灰 度 的 比 照 度% 求 出 模 的 灰 度 最 大 值 ， 從 而 把 其 灰 度 的 值 域 變 為 0， 255m=max(max(max(hfa); hfa=hfa*255/m;figure; im

25、show(uint8(hfa);Imwrite(uint8(hfa),butterfly_fft.jpg,jpg); 補(bǔ) 充 ： 圖 象 和 視 覺(jué) 根 底2.1 概 論 和 綜 述2.2 人 眼 與 亮 度 視 覺(jué)2.3 顏 色 視 覺(jué)2.4 光 度 學(xué) 和 成 象 模 型2.5 成 象 變 換2.6 采 樣 和 量 化2.7 象 素 間 聯(lián) 系2.8 算 術(shù) 和 邏 輯 運(yùn) 算2.9 坐 標(biāo) 變 換 第 2章 圖 象 和 視 覺(jué) 根 底2.1 概 論 和 綜 述該 根 底 包 括 視 覺(jué) 根 底 、 成 像 根 底 和 圖像 根 底 三 局 部 ：視 覺(jué) 根 底 人 眼 與 亮 度 視 覺(jué)

26、 ， 顏 色 視覺(jué) 成 像 根 底 模 型 、 幾 何 和 采 樣 量 化 圖 像 根 底 像 素 間 聯(lián) 系 、 圖 像 運(yùn) 算 和圖 像 坐 標(biāo) 變 換 注 意 ：視 覺(jué) ： 指 光 對(duì) 感 官 的 刺 激 和 視 覺(jué) 系 統(tǒng)的 感 覺(jué) 。 視 知 覺(jué) ： 指 如 何 通 過(guò) 視 覺(jué) 形 成 關(guān) 于 外部 世 界 的 表 象 。 2.2 人 眼 與 亮 度 視 覺(jué)2.2.1 人 眼 成 象人 的 眼 球 是 一 個(gè) 復(fù) 雜 的 視 覺(jué) 器 官 。 眼 球 的 前 部 有晶 狀 體 ， 相 當(dāng) 于 照 相 機(jī) 的 鏡 頭 。 眼 球 內(nèi) 側(cè) 的 后 部有 視 網(wǎng) 膜 。 視 網(wǎng) 膜 外 表

27、分 布 著 兩 種 感 光 細(xì) 胞 ： 錐細(xì) 胞 和 柱 細(xì) 胞 。 眼 內(nèi) 有 六 、 七 百 萬(wàn) 的 錐 細(xì) 胞 ， 它們 對(duì) 明 亮 的 光 和 顏 色 很 敏 感 。 人 眼 借 助 于 錐 細(xì) 胞來(lái) 區(qū) 分 細(xì) 節(jié) ， 因 為 每 個(gè) 錐 細(xì) 胞 都 連 到 神 經(jīng) 末 梢 。錐 細(xì) 胞 的 視 覺(jué) 稱 為 適 亮 視 覺(jué) 。 眼 內(nèi) 有 75萬(wàn) 到 150萬(wàn)柱 細(xì) 胞 。 它 們 分 布 面 大 ， 且 幾 個(gè) 柱 細(xì) 胞 連 到 一 個(gè)神 經(jīng) 末 稍 。 分 辨 率 低 ， 主 要 提 供 整 體 視 覺(jué) 印 象 。雖 然 它 們 對(duì) 顏 色 不 敏 感 ， 但 是 對(duì) 弱 光

28、較 敏 感 。 柱細(xì) 胞 的 視 覺(jué) 稱 為 適 暗 視 覺(jué) 。視 網(wǎng) 膜 的 中 心 是 中 央 凹 ， 面 積 約 2， 錐 細(xì) 胞 的 密 度 到 達(dá) 150000個(gè) /mm2,是 眼 內(nèi) 最 敏 感 的 區(qū) 域 。 人 眼 的 構(gòu) 造 人 眼 成 像 錐 細(xì) 胞 和 柱 細(xì) 胞 的 密 度 和 分布 2.2.2 亮 度 適 應(yīng) 和 區(qū) 分 主 觀 亮 度 和 主 觀 適 應(yīng) 性 由于 數(shù) 字 圖 象 以 客 觀 亮 度 顯示 圖 象 ， 人 眼 以 主 觀 亮 度感 受 取 得 視 覺(jué) ， 所 以 人 眼的 亮 度 適 應(yīng) 性 影 響 了 圖 象處 理 的 結(jié) 果 。 人 眼 的 視

29、覺(jué)系 統(tǒng) 能 適 應(yīng) 的 光 的 亮 度 等級(jí) 從 可 以 看 見(jiàn) 的 昏 暗 到 眩目 相 差 能 到 達(dá) 1010等 級(jí) 。但 是 人 眼 并 不 能 同 時(shí) 在 這么 大 的 范 圍 內(nèi) 看 清 物 體 ，而 只 能 在 同 一 時(shí) 間 內(nèi) 適 應(yīng)一 個(gè) 小 的 亮 度 變 化 范 圍 106等 級(jí) 。 在 一 定 條 件 下 ， 一 個(gè) 視 覺(jué) 系統(tǒng) 當(dāng) 前 的 敏 感 度 叫 做 亮 度 適應(yīng) 級(jí) 。 這 個(gè) 敏 感 度 是 用 實(shí) 驗(yàn)來(lái) 驗(yàn) 證 的 。 在 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 逐 漸增 加 光 照 射 的 強(qiáng) 度 I， 改 變量 為 I， 到 達(dá) 多 個(gè) 觀 察 者能 感 知 的 程

30、度 ， 當(dāng) 有 一 半的 人 感 知 增 加 時(shí) 的 I/I成 為Weber ratio,作 為 視 覺(jué) 系 統(tǒng) 當(dāng)前 的 敏 感 度 。 在 很 強(qiáng) 的 光 下 ，需 要 改 變 較 強(qiáng) 的 光 照 射 才 能使 多 個(gè) 觀 察 者 感 知 ； 相 反 ，在 某 強(qiáng) 度 光 照 下 ， 些 微 的 光強(qiáng) 度 變 換 就 會(huì) 使 人 感 知 。 人 眼 的 主 觀 亮 度 是 非 線 性 的 ， 例 如 Mach帶 人 眼 的 光 學(xué) 錯(cuò) 覺(jué) 2.3 顏 色 視 覺(jué) 根 據(jù) 人 眼 的結(jié) 構(gòu) ， 所 有的 顏 色 是 三種 根 本 顏 色的 不 同 組 合 所 有 的 顏 色 可 以看 作 是

31、 三 種 根 本顏 色 的 迭 加 ， 也可 以 看 作 三 種 補(bǔ)色 從 白 色 中 除去 某 種 顏 色 的迭 加 顏 色 的 三 種 根 本特 征 ： 灰 度 、 色調(diào) 和 飽 和 度 ， 后兩 者 又 稱 色 度 ?；?度 與 物 體 的 反射 率 成 正 比 ； 色調(diào) 與 光 照 中 主 要光 譜 有 關(guān) ； 飽 和度 與 色 調(diào) 的 純 度有 關(guān) 。 組 成 顏 色C的 三 個(gè) 刺 激 量X， Y， Z所 占 的百 分 比 數(shù) 為 x,y,zx = X/(X+Y+Z),y = Y/(X+Y+Z),z = 1 x y. 2.5 成 像 變 換設(shè) W(X,Y,Z)是 3D空 間 中 的

32、 任 意 點(diǎn) 的 坐 標(biāo) ,Z .根 據(jù) 相 似 三 角 形 的 性 質(zhì) ，x/ = X/( -Z), y/ = Y/( -Z),x = X/( -Z), y = Y/( -Z)利 用 點(diǎn) wh齊 次 坐 標(biāo) (kX, kY, kZ, k),令 1 0 0 0P= 0 1 0 00 0 1 00 0 -1/ 1ch = Pwh = P (kX, kY, kZ, k)=(kX, kY, kZ, -(k/ )Z+k = (x,y,z,1)x = kX/(-k/ Z+k)= X/( -Z), 同 理 求 得 y和 zx Z (X,Y,Z)0 wh = P-1ch 1 0 0 0P-1= 0 1 0

33、0 0 0 1 0 0 0 1/ 1wh = P-1 (x,y,0,1) = (x,y,0,1). 其 中 沒(méi) 有 坐 標(biāo) 分 量 z， 所 以 無(wú) 法 表 示 3D的 點(diǎn) 如 果 能 知 道 額 外 的 深 度 信 息 z,那 么 就 能 表 示 3D的 點(diǎn) ，(X,Y,Z,1) = w h = P-1(x,y,z,1) = (x,y,z, z/+1). 其 中 ，X = x/(+z), Y = y/(+z), Z = z/(+z) 2.6 采 樣 和 量 化一 幅 圖 像 需 要 經(jīng) 過(guò) 離 散 化 成 為 數(shù) 字 圖 像 后 才 能 被 計(jì) 算 機(jī) 處 理 。 圖 像 的空 間 坐 標(biāo)

34、的 離 散 化 叫 做 空 間 采 樣 ,灰 度 的 離 散 化 叫 做 灰 度 量 化 。 采 樣 分為 均 勻 采 樣 和 量 化 和 非 均 勻 采 樣 和 量 化 。 假 設(shè) 圖 像 是 一 個(gè) 長(zhǎng) 方 形 。 在平 面 上 取 M N個(gè) 大 小 相 同 的 網(wǎng) 格 ， 并 把 灰 度 分 成 G個(gè) 等 級(jí) 。 取 各 網(wǎng)格 中 的 某 點(diǎn) 處 的 灰 度 值 最 接 近 的 整 數(shù) 作 為 該 網(wǎng) 格 的 灰 度 。 通 常 ， 取M=2m, N=2n和 G=2k。 那 么 存 儲(chǔ) 一 幅 圖 像 的 需 要 的 位 數(shù) 等 于 b=MNk。例 如 ， 一 幅 128 128、 64

35、個(gè) 灰 度 等 級(jí) 的 圖 像 需 要 220位 ， 512 512、256個(gè) 灰 度 等 級(jí) 的 圖 像 需 要 226位 。 采 樣 的 個(gè) 數(shù) 和 灰 度 等 級(jí) 的 選 取 與 分辨 率 和 儲(chǔ) 存 的 能 力 兩 者 有 關(guān) ， 需 要 綜 合 考 慮 。 例 如 ：圖 像 空 間 分 辨 率 變 化 產(chǎn) 生 的 效 果 。圖 像 灰 度 分 辨 率 變 化 產(chǎn) 生 的 效 果 。圖 像 空 間 和 灰 度 分 辨 率 同 時(shí) 變 化 產(chǎn) 生 的 效 果 。 圖 像 空 間 分 辨 率 變 化 產(chǎn) 生 的 效 果 圖 像 灰 度 分 辨 率 變 化 產(chǎn) 生 的 效 果 圖 像 灰 度

36、 分 辨 率 變 化 產(chǎn) 生 的 效 果 2 非 均 勻 采 樣 和 量 化對(duì) 給 定 的 空 間 分 辨 率 ， 圖 像 的 質(zhì) 量 可 以 根據(jù) 圖 像 特 性 利 用 自 適 應(yīng) 的 采 樣 過(guò) 程 來(lái) 改 進(jìn) 。例 如 ， 在 灰 度 變 化 顯 著 的 有 很 多 細(xì) 節(jié) 的 區(qū)域 應(yīng) 當(dāng) 采 用 較 密 的 采 樣 。 又 例 如 ， 可 以 計(jì)算 所 有 灰 度 值 出 現(xiàn) 的 頻 率 。 假 設(shè) 某 范 圍 內(nèi)的 灰 度 值 出 現(xiàn) 頻 繁 ， 而 在 其 他 范 圍 內(nèi) 灰 度值 出 現(xiàn) 較 稀 ， 那 么 在 該 范 圍 內(nèi) 量 化 灰 度 就要 較 密 ， 在 其 他 范

37、 圍 內(nèi) 較 稀 。 2.7 像 素 間 聯(lián) 系 像 素 有 四 鄰 域 N4和 八 鄰 域 N8。 像 素 的 連 通 有 4-連 接 、 8-連 接 和 混 合 連 接 (m-連 接 )。 稱 點(diǎn) r和 p是 混 合 連 接 ， 如 果 r和 p是 4-連 接 的 ， 或 者 r與 p是 8-連 通的 但 不 是 4-連 通 的 。 混 合 連 接 防 止 了 8-連 通 所 產(chǎn) 生 的 歧 義 。 等 價(jià) 關(guān) 系 和 傳 遞 閉 包定 義 ： 在 集 合 A上 的 二 元 關(guān) 系 R,記 為 aRb， a,b A,稱 為 等 價(jià)關(guān) 系 ， 如 果 R具 有 如 下 性 質(zhì) ：自 反 性

38、對(duì) 每 個(gè) a,成 立 aRa;對(duì) 稱 性 aRb當(dāng) 且 僅 當(dāng) bRa;傳 遞 性 aRb和 bRc蘊(yùn) 涵 著 aRc?？?以 記 aRb為 (a,b).例 如 用 R表 示 4-連 接 。 那 么 自 反 性 蘊(yùn) 涵對(duì) 角 元 都 是 一 。例 如 R=(a,a), (a,b), (b,d),(d,b),(c,e)可 以 得 到 二 值 矩 陣 的 表 示 。 由 傳遞 性 ， (a,b)和 (b,d)蘊(yùn) 涵 (a,d)。 包 涵這 些 隱 含 關(guān) 系 的 集 合 稱 為 傳 遞 閉 包記 為 R+ a b c d e1 1 0 0 0 a0 0 0 1 0 bR= 0 0 0 0 1 c

39、0 1 0 0 0 d0 0 0 0 0 e a b c d e1 1 0 1 0 a0 1 0 1 0 bR+= 0 0 0 0 1 c0 1 0 1 0 d0 0 0 0 0 e例 如 R=(a,a), (a,b), (b,d),(d,b),(c,e)時(shí) ，R+=R (a,d),(b,b),(d,d)一 般 地 說(shuō) ，R+ = R + RR + R(RR) + + Rn 距 離 量 度設(shè) 有 三 個(gè) 像 素 p,q,r， 坐 標(biāo) 分 別 為 (x,y), (s,t), (u,v)。D是 距 離 ， 滿 足 ： 1 D(p,q) 0, D(p,q) = 0 當(dāng) 且 僅 當(dāng) p = q。 2

40、D(p,q) = D(q,p) 3 D(p,r) D(o,q) + D(q,r)歐 氏 空 間 距 離 E(p,q) = (x-s)2 + (y-t)2)1/24-連 通 空 間 距 離 D4(p,q) = |x-s| + |y-t|8-連 通 空 間 距 離 D4(p,q) = max|x-s|, |y-t|m-連 通 空 間 距 離 Dm(p,q)與 路 徑 有 關(guān) 。 算 術(shù) 和 邏 輯 運(yùn) 算圖 像 的 四 那 么 運(yùn) 算 中 是 逐 個(gè) 像 點(diǎn) 進(jìn) 行 的 。 加 法 常用 來(lái) 去 除 噪 音 ， 減 法 常 用 在 醫(yī) 學(xué) 成 像 ， 乘 除 法 常用 來(lái) 矯 正 圖 像 中 的

41、灰 度 陰 影 。常 用 的 邏 輯 運(yùn) 算 有 1 與 AND 2 或 OR 3 補(bǔ) NOT)以 上 運(yùn) 算 既 可 用 于 整 幅 圖 像 的 運(yùn) 算 ， 也 可 以 用 于鄰 域 運(yùn) 算 。 例 如 ， 一 點(diǎn) 及 其 -鄰 域 的 算 術(shù) 平 均 作為 該 點(diǎn) 的 新 值 。 現(xiàn) 在 常 用 算 術(shù) 和 邏 輯 運(yùn) 算 的 單 元ALU來(lái) 加 速 運(yùn) 算 。 坐 標(biāo) 變 換請(qǐng) 復(fù) 習(xí) 已 學(xué) 過(guò) 的 教 材 第 3章 象 素 空 間 關(guān) 系 圖 象 是 由 象 素 組 成 。 圖 象 以 象 素 為 單 位 建 立 坐 標(biāo) 系 。通 常 是 x軸 向 左 ， y軸 向 下 。 圖 象

42、的 坐 標(biāo) 變 換 就 是 象 素 的 坐 標(biāo) 變 換 。 所 謂 空 間 變換 就 是 把 象 素 從 一 個(gè) 空 間 變 換 到 另 一 個(gè) 空 間 的 坐 標(biāo)變 換 。 坐 標(biāo) 變 換 的 一 個(gè) 應(yīng) 用 是 對(duì) 圖 象 的 幾 何 失 真 進(jìn) 行 校 正 。 一 個(gè) 象 素 的 鄰 域 是 指 該 象 素 周 圍 的 象 素 集 合 。 一 個(gè) 象 素 p的 周 圍 有 八 個(gè) 象 素 ， 它 們 共 同 組 成 了 該 象 素 的8-鄰 域 N8(p) 。 一 個(gè) 象 素 與 上 下 左 右 的 四 個(gè) 象 素 組 成 了 4-鄰 域 N4(p)。 一 個(gè) 象 素 與 四 個(gè) 角 上

43、 的 象 素 組 成 了 對(duì) 角 鄰 域ND(p)。 同 類 灰 度 的 象 素 間 的 鄰 接 ， 連 接 和 連 通 問(wèn) 題 ： 兩 個(gè) 象 素 彼 此 落 在 對(duì) 方 的 4-鄰 域 內(nèi) ， 稱 為 4-連 接 兩 個(gè) 象 素 彼 此 落 在 對(duì) 方 的 8-鄰 域 內(nèi) ， 稱 為 8-連 接 如 果 兩 個(gè) 象 素 或 者 是 4-連 接 ， 或 者 不 是 4-連 接 但 落 在 對(duì) 方的 對(duì) 角 鄰 域 ND(p)內(nèi) ， 那 么 稱 為 混 合 連 接 m-連 接 。3.1 象 素 間 聯(lián) 系 混 合 連 接 可 以 防 止 8-連 接 造 成 的 多 路 問(wèn) 題 。 兩 個(gè) 象

44、素 集 合 的 連 通 是 指 它 們 在 指 定 的 鄰 域 內(nèi) 有 一 條 通 路 。例 如 圖 中 的 左 上 角 和 右 下 角按 4-連 接 是 不 連 通 的 ；按 m-連 接 是 連 通 的 ；按 8-連 接 是 連 通 的 ,但 是 道 路 不 是 唯 一 的 。 兩 個(gè) 象 素 p和 q之 間 的 距 離 即 滿 足 以 下 三 個(gè) 條 件 的一 個(gè) 函 數(shù) D： D(p,q) 0， 當(dāng) 且 僅 當(dāng) p=q時(shí) D(p,q)=0. D(p,q)= D(q,p), D(p,q) +D(q,r) D(p,r). DE(p,q)表 示 p=(x_p,y_p)和 q =(x_q,y_q

45、)之 間 的 歐 氏 距 離 DE(p,q) = (x_p x_q)2 + (y_p y_q)21/2 D4(p,q)表 示 1-范 數(shù) 下 的 距 離 D4(p,q) = |x_p x_q|+ |y_p y_q|. D8(p,q)表 示 -范 數(shù) 下 的 距 離 D4(p,q) = max|x_p x_q|,|y_p y_q|.10 111 0 11112 22 2 011 1 111 1 1 11 1111111 1 1 1 1 11最 右 邊 的 圖 中 象 素 到 邊 界 的 距 離 是 多 少 ？各 象 素 到 中 心 的 距 離 D： 3.2 根 本 坐 標(biāo) 變 換 在 計(jì) 算 機(jī)

46、 圖 形 學(xué) 中 已 經(jīng) 講 過(guò) 。 根 本 的 坐 標(biāo) 變 換 是 平 移 、 伸縮 、 旋 轉(zhuǎn) 。 復(fù) 雜 坐 標(biāo) 變 換 是 它 們 的 級(jí) 連 。錯(cuò) 切 是 三 種 根 本 變 換 的 乘 積 嗎 ？ 3.3 形 態(tài) 變 換3.3.1 變 換 體 系1、 形 態(tài) 變 換 及 其 分 類 形 態(tài) 變 換 是 將 平 面 區(qū) 域 映 射 到 平 面 區(qū) 域 的 變 換 。形 態(tài) 變 換 表 、 規(guī) 那 么解 析 式 非 連 續(xù)連 續(xù) 不 光 滑光 滑 線 性非 線 性仿 射 變 換歐 氏 變 換 剛 體 變 換 相 似 變 換 平 移 變 換 旋 轉(zhuǎn) 變 換 放 縮 變 換 點(diǎn) p到 q的

47、 投 影 變 換 11 12 1321 22 2331 32 33x xy yz zq h h h pq h h h pq h h h p TA tq pv u 可 以 寫成其 中 A是 22矩 陣 。 投 影 變 換 可 以 寫 成 非 奇 異 三階 齊 次 矩 陣 的 形 式 。 注 意 ： 一 般 地 說(shuō) ， 投 影是 二 階 的 非 線 性 變 換 ， 但 是 都 可 以 寫 成 三 階矩 陣 的 齊 次 形 式 。 仿 射 變 換 是 一 個(gè) 非 奇 異 的 線 性 變 換 接 上 一 個(gè) 平 移 變 換 ： 11 12 121 22 21 0 0 1 1x xy yq a a t

48、pq a a t p 0 1A tq p 或 寫 成 仿 射 變 換 的 性 質(zhì)仿 射 變 換 把 原 點(diǎn) 映 射 為 (t1,t2,1)， 一 般 不 再 是 原 點(diǎn) 。 所 以 一般 的 仿 射 變 換 不 是 線 性 變 換 。 如 果 做 一 個(gè) 平 移 變 換 ， 使 上面 公 式 中 的 t = 0， 那 么 仿 射 變 換 就 是 任 何 的 非 奇 異 矩 陣 A。另 一 方 面 ， 仿 射 變 換 的 形 式 也 說(shuō) 明 它 不 包 含 投 視 投 影 。 因此 ， 它 是 三 種 根 本 變 換 的 連 乘 ， 而 具 有 如 下 的 性 質(zhì) 。 1 仿 射 變 換 將 有

49、 限 點(diǎn) 映 射 成 有 限 點(diǎn) 。 2 仿 射 變 換 將 直 線 變 成 直 線 。 3 仿 射 變 換 將 平 行 直 線 映 射 成 平 行 直 線 。 4 當(dāng) 區(qū) 域 P和 Q是 沒(méi) 有 退 化 的 三 角 形 時(shí) ， 有 唯 一 的 仿 射 變換 A將 P變 成 Q。 特 殊 的 仿 射 變 換 ： 相 似 變 換 當(dāng) 上 述 仿 射 變 換 中 A=sR時(shí) 稱 為 相 似 變 換 ， 其 中 ， s是 實(shí) 數(shù) ，R是 旋 轉(zhuǎn) 變 換 。 當(dāng) s=1和 R為 正 交 矩 陣 時(shí) 上 述 仿 射 變 換 稱 為 剛 體 變 換 ， 屬于 等 距 變 換 。 當(dāng) s=1和 R為 正 交

50、 矩 陣 時(shí) 上 述 仿 射 變 換 稱 為 歐 氏 變 換 。 仿 射 變 換 的 另 一 種 說(shuō) 法 ： 一 個(gè) 經(jīng) 過(guò) 平 移 的 非 奇 異 線 性 變 換 。 3.4 幾 何 失 真 校 正 采 樣 的 過(guò) 程 中 圖 象 中 象 素 之 間 的 空 間 位 置 可 能 發(fā) 生 變 化 ，產(chǎn) 生 幾 何 失 真 。 我 們 需 要 校 正 幾 何 失 真 。 設(shè) 原 圖 象 在 (x,y)處 的 灰 度 為 f(x,y)， 失 真 后 變 成 在(x ,y )處 的 灰 度 g(x ,y )。 因 此 ， 校 正 幾 何 失 真 包括 兩 局 部 ： 1 空 間 變 換 把 點(diǎn) (x

51、 ,y )恢 復(fù) 到 位 置 (x,y) 2 灰 度 插 值 把 灰 度 g(x ,y )恢 復(fù) 到 f(x,y)。 空 間 變 換 設(shè) 點(diǎn) (x,y)與 (x,y)的 關(guān) 系 是 ( , ),( , ).x s x yy t x y最 簡(jiǎn) 單 的 情 況 是 線 性 ： 1 2 34 5 6( , ) ,( , ) .s x y kx k y kt x y k x k y k 較 復(fù) 雜 的 情 況 是 二 次 的 ： 2 21 2 3 4 5 62 27 8 9 10 11 12( , ) ,( , ) .s x y k k x k y k x k xy k yt x y k k x k

52、y k x k xy k y 如 果 知 道 s(x,y)和 t(x,y)的 解 析 表 達(dá) 式 ， 就 可 以 通 過(guò) 求反 函 數(shù) 來(lái) 得 到 x和 y。 對(duì) 于 一 個(gè) 四 邊 形 的 空 間 變 換 ， 可 以 首 先 確 定 四 個(gè) 對(duì) 應(yīng) 頂 點(diǎn) ，然 后 用 雙 線 性 插 值 的 方 法 ：1 2 3 45 6 7 8,.x kx k y k xy ky k x k y k xy k 問(wèn) 題 ： 怎 樣 用 兩 次 線 性 插 值 來(lái) 作 呢 ？如 果 幾 何 失 真 的 面 積 比 較 大 ， 那 么 如 果 用 分 塊 來(lái)提 高 校 正 的 效 果 呢 ？ 灰 度 插 值盡

53、 管 (x,y)坐 標(biāo) 分 量 是 整 數(shù) 值 ， 但 是 計(jì) 算 出 來(lái) 的 新 坐 標(biāo)(x,y)未 必 有 整 數(shù) 分 量 ， 而 且 確 定 新 坐 標(biāo) 處 的 灰 度 值 。有 兩 種 方 案 ： 前 向 映 射 和 后 向 映 射前 向 映 射 ： 把 從 實(shí) 際 采 集 的 失 真 圖 象 的 象 素 灰 度 值 賦 給 原 始 不 失 真 圖 象 的 象 素 。 如 果 失 真 圖 象 的 象 素 P映 射 到 Q， Q落 在 四 個(gè) 原 始 不 失 真 圖 象 的 象 素 之 間 ， 就 取 這 四 點(diǎn) 處 的 灰 度 值 作 雙 線 性 插 值 ， 作 為 象 素 Q的 灰

54、度 值 。 后 向 映 射 ： 把 灰 度 值 從 原 始 不 失 真 圖 象 的 象 素 P映 射 到 實(shí)際 采 集 的 失 真 圖 象 的 象 素 P 上 。 如 果 實(shí) 際 采 集 的 象 素 Q落 在 四 個(gè) 象 素 P 非 整 數(shù) 點(diǎn) 之 間 ， 就 取 這 四 點(diǎn) P 的灰 度 值 作 雙 線 性 插 值 ， 作 為 象 素 Q的 灰 度 值 。插 值 灰 度 的 計(jì) 算 ：-零 階 插 值 ： 取 最 近 的 點(diǎn) 的 灰 度-雙 線 性 插 值 ：-三 次 線 性 插 值 ： 雙 線 性 插 值 ：設(shè) (xi,yi),i=1,2,3,4,是 按 反 時(shí) 針 方 向 包 圍 Q的

55、矩 形 的 四 個(gè) 象 素 。先 作 1 2 2 1 1 1 12 13 4 4 3 3 3 3 4 3( ) ( ( , ) ( , ) ( , )( ) ( ( , ) ( , ) ( , ).x xg E g x y g x y g x yx xx xg F g x y g x y g x yx x 然 后 ， ( , ) ( ( ) ( ) ( ).EF Ey yg x y g F g E g Ey y 第 4章 空 域 增 強(qiáng) 技 術(shù) 圖 象 增 強(qiáng) 技 術(shù) 是 使 圖 象 的 某 種 指 定 效 果 更 好 。 例 如 ，使 X透 視 照 片 更 清 晰 。 分 成 兩 大 類 ：

56、 空 域 增 強(qiáng) 技 術(shù) 和 頻 域 增 強(qiáng) 技 術(shù) 。 其 中 ，空 域 指 象 素 組 成 的 空 間 。 空 域 增 強(qiáng) 技 術(shù) 直 接 作 用 于 象 素 。 可 以 表 示 為g(x,y) = EH(f(x,y)其 中 f和 g分 別 是 增 強(qiáng) 前 后 的 圖 象 .這 個(gè) 變 換 不 改 變 象 素的 位 置 ， 僅 改 變 象 素 的 灰 度 f(x,y)。 空 間 技 術(shù) 分 類 如 果 變 換 EH僅 用 一 個(gè) 點(diǎn) ， 稱 EH為 點(diǎn) 運(yùn) 算 點(diǎn) 處 理 。 如 果變 換 EH還 用 到 點(diǎn) (x,y)鄰 域 內(nèi) 的 點(diǎn) ,那 么 記 變 換 EH為g(x,y)=EH(f

57、(x,y)， n)， 稱 為 模 板 處 理 。 點(diǎn) 操 作 可 以 分 為 灰 度 操 作 和 集 合 操 作 ,它 們 僅 根 據(jù) 該 點(diǎn) 的灰 度 和 位 置 ,分 別 改 變 原 灰 度 為 新 灰 度 (稱 為 灰 度 變 換 或 灰度 映 射 )和 原 位 置 為 新 位 置 的 象 素 . 灰 度 操 作 可 以 把 不 同 的 灰 度 變 成 同 一 個(gè) 灰 度 ,集 合 操 作 可以 把 不 同 位 置 變 成 同 一 個(gè) 位 置 .因 此 ,它 們 可 能 不 是 可 逆 的變 換 . 4.2 圖 象 間 運(yùn) 算4.2.1 算 術(shù) 和 邏 輯 運(yùn) 算 算 術(shù) 運(yùn) 算 一 般

58、 用 于 兩 個(gè) 象 素 p,q:p+q,p-q,p*q和 p/q. 應(yīng) 用 : 圖 象 之 間 f(x,y)和 h(x,y)的 差 異 用 減 法 求 出g(x,y) = f(x,y) h(x,y).圖 象 之 加 法 可 以 消 去 噪 音 e(x,y)。 設(shè) 圖 象 信 號(hào) 為 f(x,y)加 上 噪 音 后 變 成 gi(x,y) = f(x,y)+ei(x,y).假 設(shè) 噪 音 ei互 不 相 關(guān) 和 E(e i)=0,那 么 n幅 圖 象 的 平 均 將 壓 制 噪 音 :1 20 0( ) ( ) ( ) ( ),1 1 1( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ).

59、n ii n ni ii iE g E f E e E fD g D f D e D f D e D f D en n n 邏 輯 運(yùn) 算補(bǔ) NOT, 與 AND, 或 OR, 異 XOR 應(yīng) 用 :檢 測(cè) 目 標(biāo) 的 邊 界 ,向 右 移 動(dòng) 一 個(gè) 象 素 后 ,依 次 作 與 運(yùn)算 、 差 運(yùn) 算 得 到 左 邊 界 。 類 似 做 出 上 、 下 、 左 邊 的 邊 界 。 直 接 灰 度 映 射4.3.1 灰 度 映 射 原 理將 圖 象 中 的 灰 度 值 按 某 種 規(guī) 律 映 射 成 新 灰 度 。 在 對(duì) 于 彩 色圖 象 做 灰 度 映 射 時(shí) 應(yīng) 注 意 保 持 色 調(diào)

60、和 飽 和 度 相 同 ， 只 改 變亮 度 。 HSVt 0 原 灰 度新 灰 度 s 典 型 灰 度 映 射 圖 象 求 反對(duì) 圖 象 求 反 是 將 原 圖 象 的 灰 度 值 反 轉(zhuǎn) 。 例 如 ， 黑 底 的 照 片變 成 白 底 的 照 片 。 設(shè) 灰 度 有 L個(gè) 等 級(jí) 。 原 灰 度 是 d,新 灰 度是 L-1-d。L-1 L-10 原 灰 度新 灰 度 d 增 強(qiáng) 比 照 度 增 加 圖 象 的 各 局 部 的 反 差 。 例 如 ， 圖 象 落 在 灰 度 s1和s2之 間 的 局 部 是 感 興 趣 的 局 部 ， 而 其 他 局 部 不 重 要 。 那 么可 以 把

61、 灰 度 s1和 s2之 間 的 局 部 的 灰 度 反 差 變 大 。 S1 S2 L-10L-1 動(dòng) 態(tài) 范 圍 壓 縮原 圖 象 的 灰 度 范 圍 過(guò) 大 ， 因 此 ， 需 要 壓 縮 到 可 以 顯 示 的 堆度 范 圍 。 例 如 ， t = C log(1+|s|). C為 尺 度 比 例 常 數(shù) 。st 灰 分 切 分 把 某 局 部 的 灰 度 變 得 突 出 。st 直 方 圖 變 換 直 方 圖 和 積 累 直 方 圖 圖 象 的 灰 度 統(tǒng) 計(jì) 稱 為 直 方 圖 。 假 設(shè) 圖 象 有 n個(gè) 象 素 ， 灰 度等 級(jí) 有 k = 0,1,L-1個(gè) 。 sk為 第 k

62、個(gè) 等 級(jí) 的 象 素 的 灰 度 ，設(shè) 該 象 素 在 圖 象 中 共 有 nk個(gè) ， 那 么 該 象 素 出 現(xiàn) 的 頻 率 是 為 了 標(biāo) 準(zhǔn) 化 ， 把 sk限 制 在 0到 1內(nèi) 。 當(dāng) k跑 遍 0,1,L-1時(shí) ， 就 給 出 了 一 個(gè) 函 數(shù) 圖 形 ， 稱 為 直 方 圖 。 直 方 圖 是 一 個(gè)1D的 離 散 函 數(shù) 。 積 累 直 方 圖 就 是 由 前 k等 級(jí) 之 和 所 生 成 的 積 累 直 方 圖 。 0( ) / .kH k iiE s n n ( ) /s k kp s n n 0,1,., 1.k L 0,1,., 1.k L L-1 L-1Ps(sk

63、) EH(sk)k k 直 方 圖 均 衡 化設(shè) ps(sk) = nk/n， 0sk 1, k=0,1,L-1.即 灰 度 sk的 象 素 占 全 體象 素 的 比 例 是 ps(sk) 。 令0 0( ) ( ),0 1, 0,1,., 1.k kik H k s i ki int E s p s s k Ln EH (sk)是 單 調(diào) 增 加 函 數(shù) ， 它 等 于 灰 度 在 sk以 下 的 象素 所 占 的 比 例 。 可 以 寫 出 反 函 數(shù) ： 1( ),0 1, 0,1,., 1.k H k ks E t t k L sktk sktk 假 設(shè) tk = EH(sk)=1/4

64、， 那 么 ，灰 度 sk映 射 到 tk意 味 著 tk=1/4以 下 的 灰 度 占 象 素 總 數(shù) 的 1/4。如 果 tk = EH(sk)=1/2， 那 么 tk=1/2以 下 的 灰 度 占 象 素 總 數(shù) 的 1/2。即 tk的 直 方 圖 是 均 勻 分 布 。 直 方 圖 的 計(jì) 算 直 方 圖 均 衡 化 的 計(jì) 算 ： 假 設(shè) 原 圖 象 有 L個(gè) 灰 度 ， 不 妨 記 sk就 是 灰 度 k。 依 次 計(jì) 算 頻 率 p(k) nk/n, k=0,1,L-1. 計(jì) 算 積 累 直 方 圖 EH(k), k=0,1,L-1. 用 下 式 計(jì) 算 tk的 近 似 值 ：1

65、. 由 于 t k在 零 與 一 之 間 ， 應(yīng) 該 把 tk映 射 到 在 0,L-1范 圍 內(nèi)的 一 個(gè) 整 數(shù) ， 所 以 用 L-1乘 以 tk后 取 整 ,即 (L-1)tk。 由此 來(lái) 確 定 灰 度 k到 (L-1)tk的 灰 度 映 射 關(guān) 系 。0 0( ) ( ), 0,1,., 1.k kik H i int E k p k k Ln 的 pk 直 方 圖 的 規(guī) 定 化 規(guī) 定 化 即 把 圖 象 的 直 方 圖 變 成 指 定 的 直 方 圖 。 作 法 是 先 把 它 們 都 變 成 均 衡 化 的 直 方 圖 ， 再 把 第 一 步 得 到的 變 換 反 轉(zhuǎn) 過(guò)

66、來(lái) 使 用 。, 0( ) ( ), 0,1,., 1.kk H s i iit E s p s k M 0( ) ( ), 0,1,., 1.ll H j u jjv E u p u l N 變 換 反 轉(zhuǎn) 需 要 確 定 對(duì) 應(yīng) 的 規(guī) 那 么 。SML選 使 下 式 最 小 的 k和 l:0 0( ) ( )k ls i u ji jp s p u GML使 用 組 映 射 規(guī) 那 么 ， 設(shè) 有 一 個(gè) 整 數(shù) 函 數(shù) (l), l=0,N-1， 使 得 0 I(0) I(1) I(N-1) M-1.現(xiàn) 在 確 定 能 使( )0 0( ) ( )I l ls i u ji jp s p u 最 小 的 I(l)。 如 果 l ， 將 i=0,I(0)的 ps(si)對(duì) 應(yīng) 到 pu(u0),否 那 么 ， 將 i=I(l-1)+1,I(l)的 ps(si)對(duì) 應(yīng) 到 pu(ul). .5 線 性 濾 波 器 技 術(shù) 分 類 和 實(shí) 現(xiàn) 原 理 技 術(shù) 分 類 根 據(jù) 功 能 分 成 平 滑 濾 波 和 銳 化 濾 波 。平 滑 濾 波 減 弱 和 消 除 高 頻 分 量 ，