第25卷第9期计算机应用与软件
Vol 125No . 92008年9月Computer App licati ons and Soft w are Sep. 2008
一种改进的图像增强算法及其应用
王小凤耿国华郭红波
(西北大学信息科学与技术学院陕西西安710069
收稿日期:2006-12-30。国家自然科学基金项目(60673100 。王
小凤, 博士生, 主研领域:数据挖掘, 模式识别, 图形图像处理和音频处理。
摘要为改进图像增强算法, 使之更适合医学领域图片的处理, , 景区, 使用不同的函数进行增强, , 。实验结果显示改进的基于粗糙集的增强效果优于直方图均衡化方法。关键词粗糙集上逼近下逼近AN I M I M ENHANCE M ENT AL GO R I TH M AND I TS APPL I CAT I O N
W ang Xiaofeng Geng Guohua Guo Hongbo
(School of Infor m ation Science and Technology, N orthw est U niversity, X i πan 710069, Shaanxi, China
Abstract W ith an ai m t o i m p r ove the i m age enhance ment algorith m and make it suitable f or medical field, the upper and l ower app r oxi m a 2ti on ideas of r ough set theory are used, and the i m age is divided int o object 2i m age and backgr ound 2i m age, which are enhanced by different functi ons . Then, an i m p r oved i m age enhancement algorith m based on r ough set is p r oposed and used in medical i m age field . Experi m ental re 2sults show that the enhanced effect of the p r oposed algorith m is obvi ous and better than that of the hist ogra m equalizati on method . Keywords Rough set Upper app r oxi m ati on Lower app r oxi m ati on H ist ogram equalizati on
0引言
图像增强是一种基本的图像预处理手段, 它对改善原始图像的视觉效果起着不可估量的作用, 特别是在医学图像处理中更显示了它的重要性。多年来, 医学工作者和工程师们为了提高医学图像的衬比, 采用了各种各样的图像处理算法。图像增强技术大致可分为频域法、空域法和模糊处理三大类。频域法[2～4]、空域法[5～9]、模糊增强方法[10～13]的处理步骤都是运用某一变换对整个图像作增强变换, 即对图像的平滑区域和边缘区域都以一种变换作灰度改变, 其结果是图像的边缘部分仍不明显, 而且图像平坦区域也会丢失一些细节信息[14]。粗糙集理论是将图像分为物体区和背景区, 采用不同的函数进行增强。
在本文中我们先采用中值平滑滤波器[1]进行图像去噪处理, 去掉图像中的大多数背景信息和噪声。第二步进行图像增强, 它能将原来不清楚的图像变得清晰或把我们感兴趣的某些特征强调出来, 以改善图像的视觉效果或便于对图像进行其它处理。
本文根据医学图像的特点, 改进了基于粗糙集的图像增强算法并且首次将其应用于医学领域, 并和直方图均衡化算法进行比较; 实验表明基于粗糙集的增强算法增强效果明显, 优于直方图均衡化算法。
1直方图均衡化处理
图像的灰度变换处理是通过改变原始图像各像素在各灰度级上的概率分布来实现的。通过对图像的灰度值进行统计可以
得到一个一维离散的图像灰度统计直方图函数p (sk =nk /n (这里k =0, 1, …, L -1 , 该式表示在第k 个灰度级上的像素个数nk 占全部像素总数n 的比例, p (sk 则给出了对sk 出现概率的一个估计。因此该直方图函数实际是图像的各灰度级的分布情况的反映, 换句话说也就是给出了该幅图像所有灰度值的整体描述。通过该函数可以清楚地了解到图像对应的动态范围情况, 可以了解到图像灰度的主要集中范
围。因此可以通过图像增强程序的干预来改变直方图的灰度分布状况, 使灰度均匀地或是按预期目标分布于整个灰度范围空间, 从而达到增强图像对比度的效果。
2基于粗糙集的图像增强
粗糙集体现了集合中对象的不可区分性, 即由于知识的粒度而导致的粗糙性。图像信息具有较强的复杂性和相关性, 将粗糙集理论应用于图像的处理和理解, 具有比其他方法更好的效果。文献[15]将此方法应用于弧形闸门黑白图像, 效果比较理想, 并且乳腺图片也是黑白图像, 因此本文改进了此方法并尝试将其应用于乳腺影像图片。
2. 1划分子图
文献[15]基于不可分辨关系的子图划分对于一幅灰度级为L 的M ×N 个像素组成的二维图像U, 设像素x 为U 中的一个对象, 我们称知识库(知识系统 K =(U, R 为一个图像近似
40
计算机应用与软件2008年
空间。粗糙集理论中有两种属性:条件属性和决策属性。为了图像增强, 应该有目的地改变图像中某类像素的灰度值。为此, 我们定义条件属性集C ={c 1, c 2}, 其中c 1是像素灰度值属性,
c 2是噪声属性。乳腺癌影像一般是由较亮区域和较暗区域组
成(亮区是肿瘤(物体区, 暗区是正常组织(背景区 , 则直方图有两个峰, 一个峰对应于亮区灰度值,
一个峰对应于暗区灰度值, 两峰之间选一个灰度值作阈值P 。灰度值属性c
1={0, 1}, 其中0代表0～P 灰度值, 1代表(P +1 ～255灰度值, 噪声属性c 2={0, 1}, 其中0代表2×2, 或者4×4像素组成子块s 的平均灰度值与相邻子块平均灰度值之差的绝对值均小于某一阈值
Q, 1代表子块的差值绝对值均大于Q 可分辨关系的等价概念, 按属性C 分类。
?根据c 1划分子图, 设x , R c 1定义为:P, 则两个
像素是R c 1相关的, :R c 1(x |{x |:f
(x >P}, f (x x , R c 1(x 表示所有“较亮”的
像素x 组成的集合。R c 1的非集R c 1则表示所有“较暗”的像素x 组成的集合。
?根据c 2划分子图, 定义等价关系R c 2为:子块s ij 与相邻子块的平均灰度值m (s 之差的绝对值取整均大于某一阈值Q, 即
R c 2(s =∪i
∪j
{s ij |:int|m (s ij -m (s i ±1, j ±1 |>Q, s i ±1, j ±1表示s ij
相邻的子块}。R c 2(s 表示所有噪声像素组成的集合, 子块s ij 与相邻子块s i ±1, j ±1构成宏块。
将上述划分的子图合起来。即A 1=R c 1(x -R c 2(s 和A 2=
R c 1(x -R c 2(s , A 1表示剔除噪声后所有“较亮”的像素x 组成
的集合, 即肿瘤区—物体区。A 2表示剔除噪声后所有“较暗”的像素集合, 即背景区。A 1, A 2也就是我们需要增强的像素集合。
2. 2具体增强算法
在对二维图像U 的子图划分基础上, 分别对A 1和A 2作对比度增强。我们称此增强为一变换, 记为T:T (U =U ′。该运算分别对“较亮”子图A 1作正切变换(式(2 和“较暗”子图A 2作正弦变换(式(1 , 不仅增强了图像, 而且可以控制图像“明暗”区的对比度。增强变换T 的步骤如下:
?将子A 1图补全, 即在所有“较暗”的像素和噪声像素位置处, 分别用阈值P 灰度值和噪声子块处的宏块的平均灰度值填充, 构成A ′1。
?将子A 2图补全, 即在所有“较亮”的像素和噪声像素位置处, 分别用阈值P 值和宏块均值填充, 构成A ′2。
?对A ′1作正切变换(式(2 , A ′2作正弦变换(式(1 。?对A ′1和A ′2变换后的图像作重叠, 输出增强的图像。综上所述, 基于粗糙集的增强算法由两部分组成:1 按属性C 对图像作粗糙分类。2 分类后分别做式(1 和式(2 的增强变换T:T (U
=U ′。效果如图1～图4所示。
图1原始图片图2去噪图片
图3(sin (π
2
sin [α
πD m -2
0<α<1(1 正切变换:
f (x =
D 2
1tan (π
2
tan [α
πD m -2
0<α<1(2 在本系统中, D m =202, α=0. 7。
3总结
从图1～图4中能明显看出改进的粗糙集增强算法优于直
方图均衡化算法, 而且在分类系统中应用也得到证实。因此基于粗糙集理论的增强算法是非常实用的。
参考文献
[1]徐建华. 图像处理与分析[M].北京:科学出版社, 1994.
[2]Azriel Rosenfield, A vinash C K . D igital Picture Pr ocessing . Ne w York:
Acade m ic Press, 1982:1542167.
[3]Castle man KR. D igital I m age Pr ocessing . Canada:Prentice Hall, 1996:
3072344.
[4]It oh Yasumasa, Tanaka Yutaka . I m age enhance ment based on esti m a 2
ti on of high res oluti on component using wavelet transf or m. I n:Pr oc I EEE I nternati onal Conference on I m age Pr ocessing, Paris, 1999:4892493.
[5]L ee J D. D igital i m age enhance ment and noise filter by use of l ocal sta 2
tistics . I EEE Trans Pattern Analysis and Machine I ntelligence, 1997,
19(9 :8632872.
[6]Monteil Jer ome, Beghdadi A zeddine . Ne w inter p retati on and i m p r ove 2
ment of the nonlinear anis otr op ic diffusi on for i m age enhance ment . I EEE Trans Pattern Analysis and Machine I ntelligence, 1999, 21(9 :9402946.
[7]Matz Sean C, Rui J P . Localized nonlinear method f or the contrast en 2
hance ment of i m ages . I n:Pr oc I EEE I nternati onal Conference on I m age Pr ocessing, Paris, 1999:4842488.
[8]Zhang Yu,W ang Xi Q in, Peng Ying N ing . Ne w i m age enhance ment algo 2
rithm for night visi on . I n:Pr oc I EEE I nternati onal Conference on I m age Pr ocessing, Paris, 1999:2012203.
[9]Sait oh Fum ihiko . I m age contrast enhance ment using genetic algorithm.
I nPr oc I EEE I nternati onal Conference on System s,Man, and Cybernet 2ics, 1999:899290.
[10]Pal S K, King R A. On edge detecti on of Xray i m ages using fuzzy sets .
I EEE Trans Pattern Analysis and M ach ine I ntelligence, 1983, 5(1 :69277.
[11]Pal S K, King R A. I m age enhance ment using s moothing with fuzzy sets .
I EEE Trans Syste ms,Man and Cybernetics, 1981, 11(7 :4942501.
(下转第63页
第9期
王宝土等:基于GP U 的虚拟经络系统构建的研究63
(3 计算点P 与被选中的穴位中心点的距离dis 。若dis >
1. 13穴位的半径, 穴位拾取错误。否则, 拾取正确
。
图2穴位错误拾取况之一
该算法根据人体穴位和皮肤空间位置关系, 解决了穴位拾取过程中误选情况的发生, 实现了穴位的准确拾取。
2. 4GPU 渲染
在本系统中, GP U 明的叠加效果。系统在A l (Effects Fra me 2
work [10]
。
A l pha
B lend 技术实现单层模型的半透明效果的公式如下:
F inalCol =sCol 3sFact +dCol 3(1-sFact
(2
公式中的所有变量都是4D 颜色向量(R, G, B, A , 符号3表示分量相乘。Final Col 表示混合后的颜色结果; s Col 表示被计
算的颜色, 利用在后缓存中的颜色来被混合的; sFact 是一个在
[0, 1]范围内的值, 指定源颜色在混合中的百分比; dCol 表示在
后缓存中的颜色; 改变sFact 的大小即可改变s Col 和dCol 在Fi 2
nal Col 中的比值, 实现不同半透明度。
人体模型总共分为14层, 系统为每个分层模型建立一个效果文件实现分层模型的半透明叠加效果
[10]
。与传统的渲染方
式相比[9]
, 这种方法具有以下优势:
(1 根据需要可独立地对每个分层模型进行独立的光照效果合成, 提高系统视觉效果。
(2 系统运行时, 用户可实时改变某个模型分层R 通道值调整该层模型的半透明效果, 这不会影响到其他层的显示效果。
虽然这在一定程度上影响了GP U 性能的发挥, 但为分层模型提供了灵活的光照效果合成和半透明叠加效果。
3实验结果
系统的实验平台是C42. 93G CP U , 512M DDR400内存,
NV I D I A GeForce 7300GS 显卡, W indows XP Pr ofessi onal 中文
版。我们设计了两组实验, 比较使用传统模型渲染和使用GP U
渲染之间的差距, 在分辨率(9053581 和面片数(139431 一样条件下, GP U 渲染帧率比传统方式渲染提高了30%以上。GP U 渲染的效果图如图3和图4所示, 其中图3是手太阴肺经部分穴位及其穴位名称的截图, 图4是在人体分层模型半透明叠加效果图
。
图3
手太阴肺经部分穴位截图
4随着图形应用程序应用领域的开拓和可编程图形硬件的发展, GP U 在实时渲染和视觉效果编程等方面起着极其重要的作用。本文基于GP U 和虚拟现实技术建立起包含人体脏腑结构、骨骼和穴位的经络虚拟研究系统, 实现了模型操作、穴位准确拾取、人体分层模型半透明叠加效果。与基于传统渲染方式的系统相比, 基于GP U 的虚拟经络系统有着更强的交互性, 实时性和更逼真的视觉效果。这为经络学说及针灸疗法的临床、教学提供一种直观的、有利于全面观察和综合分析的有力工具, 为下一步进行针灸过程模拟、循经感传现象研究奠定良好基础。
参考文献
[1]蔺云桂. 经络图解[M].福州:福建科学技术出版社, 1991. [2]V irtual Acupuncture . htt p://www. cse . cuhk . edu . hk /～vrcentre /.[3]Zhao J, Zheng L, Zhuang T G, et al . 3D Rep resentati on of Acupoints
Based on the V isible Human [C ].Pr oceedings of the 25" ′Annual lnte 2mati onal Conference of the I EEE E MBS, 2003:5252528.
[4]邵水金, 牟芳芳, 严振国, 等. 基于VOXEL 2MAN 针灸学三维影像
浏览器的研究[J ].上海中医药杂志, 2005, 39(11 .
[5]胡翔龙, 汪培清, 许金森, 等. 人体体表循经红外辐射轨迹的主要特
征和显现规律研究[J ].红外与毫米波学报, 2001, 20(5 :3252328.
[6]Coombe Greg, Harris Mark J, Lastra Ansel m o . Radi osity on graphics
hardware . htt p://www. cs . unc . edu /～coombe research /radi osity/.[7]郭光文, 王序, 等. 人体解剖彩色图谱[M].人民卫生出版社, 1986. [8]王军安. 对基于四元数的飞机本体运动模型的改进[J ].系统仿真
学报, 2006, 18(2 :2302232.
[9]I ntr oducti on t o 3D Game Pr ogra mm ing with D irect X? 9. 0. Wordware
Publishing, I nc 2003.
[10]Dave A r ons on, Kris Gray . U sing the Effects Frame work . htt p://msdn2.
m icr os oft . com /en-us/library /ms810473. as px .
(上接第40页
[12]Farbiz Farza m, M enhaj M ohammad Bagher . Modified iterative fuzzy
contr ol based filter f or i m age enhance mentwith multi p licative noise re 2moval p r operty . I n:P r oc I EEE I nternati onal Conference on I m age Pr o 2cessing, Paris, 1999:5392544.
[13]Ramar K, A rumuga m S, Sivananda m S N. Enhance ment of noisy and
blurred i m ages:A fuzzy operat or app r oach . Advances in Modeling and Analysis, 1999, 42(1 :49260.
[14]唐良瑞, 马全明, 景晓军. 图像处理实用技术[M].北京:化学工业
出版社, 2002.
[15]徐立中, 王慧敏, 刘美林, 等. 粗糙集理论在图像增强中的应用
[J ].数据采集与处理, 1999, 14(3 .
图像增强算法研究综述 刘璐璐 宁波工程学院电子与信息工程学院计算机科学与技术071班，邮编:(315100) E-mail:375212239@https://www.doczj.com/doc/9b1658538.html, 摘要：本文简要介绍图像增强的概念和图像增强算法的分类，从图像的直方图均衡化处理方法，直方图规定化处理方法和图像平滑处理方法三方面对图像增强算法进行讨论和研究，并说明了图像增强技术的应用和前景展望。 关键词：图像增强直方图均衡化直方图规定化平滑处理 近年来，随着电子计算机技术的进步，计算机图像处理得到了飞跃的发展，己经成功的应用于几乎所有与成像有关的领域，并正发挥着相当重要的作用。它利用计算机对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期的结果。对图像进行处理时，经常运用图像增强技术以改善图像的质量增强对某种信息的辨识能力，以更好的应用于现代各种科技领域，图像增强技术的快速发展同它的广泛应用是分不开的，发展的动力来自稳定涌现的新的应用，我们可以预料，在未来社会中图像增强技术将会发挥更为重要的作用。在图像处理过程中，图像增强是十分重要的一个环节。 1.图像增强概念及现实应用 1.1 图像增强技术 图像增强是数字图像处理的基本内容之一。图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时，削弱或去除某些不需要的信息。这类处理是为了某种应用目的去改善图像质量，处理的结果更适合于人的视觉特性或机器识别系统，图像增强处理并不能增加原始图像的信息，而只能增强对某种信息的辨识能力，使处理后的图像对某些特定的应用比原来的图像更加有效。 1.2图像增强技术的现实应用 目前，图像增强处理技术的应用己经渗透到医学诊断、航空航天、军事侦察、纹识别、无损探伤、卫星图片的处理等领域，在国民经济中发挥越来越大的作用。其中最典型的应用主要体现以下方面。 1
本科毕业设计（论文） 学生姓名： 专 业： 指导教师完成日期
诚信承诺书 本人承诺：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 本论文使用授权说明 本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 学生签名：指导教师签名：日期：
指纹在生物识别应用中的形式最为广泛，具有唯一性和不变性。指纹增强的主要任务 Gabor 滤波器在指纹增强技术中的应用，并且在此基础上提出了改进算法。仿真显示Gabor 滤波法在指纹增强技术中具有很好的带通特性，也具有很好的方向和频率选择特性。因此，用 滤波法的缺陷，改善指纹图像的滤 摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。其要素一般包括：①目的——研究、研制、调查等的前提、目的和任务，所涉及的主要范围；②方法——所用的原理、理论、条件、对象、材料、工艺、结构、手段、装备、程序等；③结果——实验的、研究的结果，数据，被确定的关系，观察结果，得到的效果，性能等；④结论——结果的分析、研究、比较、评价、应用，提出的问题，今后的课题，假设，启发，建议，预测等； 写摘要时不得简单地重复题名中已有的信息，要排除在本学科领域中已成常识的内容，要用第三人称的写法。应采用“对……进行了研究”、“报告了……现状”、“进行了……调查”等记述方法，不使用“本文”、“作者”等作为主语。摘要的第一句不要与题目重复；取消或减少背景信息，只表示新情况、新内容；不说空洞的词句，如“本文所讨论的工作是对过去×××的一个极大地改进”、“本工作首次实现了……”、“经检索尚未发现与本文类似的工作”等；此外，作者的打算及未来的计划不能纳入摘要。
形态学运算：基本思想是具用一定结构形状的结构元素去度量和提取图像中的对应形状以达到对图像分析和识别的目的。 腐蚀运算：将结构元素中心遍历整个图像，当图像完全包含结构元素时的中心点的轨迹即为腐蚀后的图像，图像变细。腐蚀运算可用于滤波，选择适当大小和形状的结构元素，可以滤除掉所有不能完全包含结构元素的噪声点。当然利用腐蚀滤除噪声有一个缺点，即在去除噪声的同时，对图像中前景物体形状也会有影响，但当我们只关心物体的位置或者个数时，则影响不大。 膨胀运算：将结构元素中心遍历整个图像边缘，中心点的轨迹即为腐蚀后的图像，图像整体变粗。通常用于将图像原本断裂开来的同一物体桥接起来，对图像进行二值化之后，很容易是一个连通的物体断裂为两个部分，而这会给后续的图像分析造成干扰,此时就可借助膨胀桥接断裂的缝隙。 开运算：先腐蚀后膨胀，可以使图像的轮廓变得光滑，还能使狭窄的连接断开和消除细毛刺；但与腐蚀运算不同的是，图像大的轮廓并没有发生整体的收缩，物体位置也没有发生任何变化。可以去除比结构元素更小的明亮细节，同时保持所有灰度级和较大亮区特性相对不变，可用于补偿不均匀的背景亮度。与腐蚀运算相比，开运算在过滤噪声的同时，并没有对物体的形状轮廓造成明显的影响，但是如果我们只关心物体的位置或者个数时，物体形状的改变不会给我们带来困扰，此时腐蚀滤波具有处理速度上的优势。 闭运算：先膨胀后腐蚀，可以去除比结构元素更小的暗色细节。开闭运算经常组合起来平滑图像并去除噪声。可使轮廓变的平滑，它通常能弥合狭窄的间断，填补小的孔洞。腐蚀运算刚好和开运算相反，膨胀运算刚好和闭运算相反，开闭运算也是对偶的，然而与腐蚀、膨胀不同的是，对于某图像多次应用开或闭运算的效果相同。 击中击不中运算：先由结构元素腐蚀原图像，再将结构元素取反去腐蚀原图像的取反图，最后将两幅处理后的图像取交。主要用于图像中某些特定形状的精确定位。 顶帽变换：原图像减去开运算以后的图像。当图像的背景颜色不均匀时，使用阈值二值化会造成目标轮廓的边缘缺失，此时可用开运算（结构元素小于目标轮廓）对整个图像背景进行合理估计，再用原图像减去开运算以后的图像就会是整个图像的灰度均匀，二值化后的图像不会有缺失。 Sobel算子： Prewitt算子： LOG算子： Canny算子：力图在抗噪声干扰和精确定位之间尊求折中方案，主要步骤如下所示： 1、用高斯滤波器平滑图像； 2、用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向； 3、对梯度幅值进行非极大值抑制； 4、用双阈值算法检测和连接边缘。 Hough变换： 边缘检测：
在借鉴国外相对成熟理论体系与技术应用体系的条件下,国内的增强技术与应用也有了很大的发展。总体来说,图像增强技术的发展大致经历了初创期、发展期、普及期与应用期4个阶段。初创期开始于20世纪60年代,当时的图像采用像素型光栅进行扫描显示,大多采用中、大型机对其进行处理。在这一时期由于图像存储成本高,处理设备造价高,因而其应用面很窄。20世纪70年代进入了发展期,开始大量采用中、大型机进行处理,图像处理也逐渐改用光栅扫描显示方式,特别就是出现了CT与卫星遥感图像,对图像增强处理提出了一个更高的要求。到了20世纪80年代,图像增强技术进入普及期,此时的计算机已经能够承担起图形图像处理的任务。20世纪90年代进入了应用期,人们运用数字图像增强技术处理与分析遥感图像,以有效地进行资源与矿藏的勘探、调查、农业与城市的土地规划、作物估产、气象预报、灾害及军事目标的监视等。在生物医学工程方面,运用图像增强技术对X射线图像、超声图像与生物切片显微图像等进行处理,提高图像的清晰度与分辨率。在工业与工程方面,主要应用于无损探伤、质量检测与过程自动控制等方面。在公共安全方面,人像、指纹及其她痕迹的处理与识别,以及交通监控、事故分析等都在不同程度上使用了图像增强技术。图像增强就是图像处理的重要组成部分,传统的图像增强方法对于改善图像质量发挥了极其重要的作用。随着对图像技术研究的不断深入与发展,新的图像增强方法不断出现。例如一些学者将模糊映射理论引入到图像增强算法中,提出了包括模糊松弛、模糊熵、模糊类等增强算法来解决增强算法中映射函数选择问题,并且随着交互式图像增强技术的应用,可以主观控制图像增强效果。同时利用直方图均衡技术的图像增强也有许多新的进展:例如提出了多层直方图结合亮度保持的均衡算法、动态分层直方图均衡算法。这些算法通过分割图像,然后在子层图像内做均衡处理,较好地解决了直方图均衡过程中的对比度过拉伸问题,并且可以控制子层灰度映射范围,增强效果较好。 20世纪20年代图片第一次通过海底电缆从伦敦传往纽约。当时人们通过字符模拟得到中间色调的方法来还原图像。早期的图像增强技术往往涉及硬件参数的设置,如打印过程的选择与亮度等级的分布等问题。在1921年年底提出了一种基于光学还原的新技术。在这一时期由于引入了一种用编码图像纸带去调制光束达到调节底片感光程度的方法,使灰度等级从5个灰度级增加到15个灰度等级,这种方法明显改善了图像复原的效果。到20世纪60年代早期第一台可以执行数字图像处理任务的大型计算机制造出来了,这标志着利用计算机技术处理数字图像时代的到来。1964年,研究人员在美国喷气推进实验室(JPL)里使用计算机以及其它硬件设备,采用几何校正、灰度变换、去噪声、傅里叶变换以及二维线性滤波等增强方法对航天探测器“徘徊者7号”发回的几千张月球照片进行处理,同时她们也考虑太阳位置与月球环境的影响,最终成功地绘制出了月球表面地图。随后她们又对1965年“徘徊者8号”发回地球的几万张照片进行了较为复杂的数字图像处理,使图像质量进一步提高。这些成绩不仅引起世界许多有关方面的注意而且JPL本身也更加重视对数字图像处理地研究与设备的改进,并专门成立了图像处理实验室IPL。在IPL里成功的对后来探测飞船发回的几十万张照片进行了更为复杂的图像处理,最终获得了月球的地形图、彩色图以及全景镶嵌图。从此数字图像增强技术走进了航空航天领域。 20世纪60年代末与20世纪70年代初有学者开始将图像增强技术用于医学图像、地球遥感监测与天文学等领域。X射线就是最早用于成像的电磁辐射源之一,在1895年X射线由伦琴发现。20世纪70年代Godfrey N、Hounsfield先生与Allan M、Cormack教授共同发明计算机轴向断层技术:一个检测器围绕病人,并用X射线源绕着物体旋转。X射线穿过身体并由位于对面环中的相应检测器收集起来。其原理就是用感知的数据去重建切片图像。当物体沿垂直于检测器的方向运动时就产生一系列的切片,这些切片组成了物体内部的再现图像。到了20世纪80年代以后,各种硬件的发展使得人们不仅能够处理二维图像,而且开始处理三维图像。许多能获得三维图像的设备与分析处理三维图像的系统已经研制成功了,图像处理技术
基于matlab的数字图像增强算法研究与实现 摘要图像在获取和传输过程中，会受到各种噪声的干扰，使图像退化质量下降，对分析图像不利。图像的平滑或去噪一直是数字图像处理技术中的一项重要工作。为此，论述了在空间域中的各种数字图像平滑技术方法。 关键字：数字图像；图像增强；平滑处理
目录 第一章、概述 2 1.1 图像平滑意义 2 1.2图像平滑应用 2 1.3噪声模 型 (3) 第二章 、图像平滑方法 5 2.1 空域低通滤波 5 2.1.1 均值滤波器 6 2.1.2 中值滤波器 6 2.2 频域低通滤波 7 第三章、图像平滑处理与调试 9 3.1 模拟噪声图像 9 3.2均值滤波法 11 3.3 中值滤波法 14 3.4 频域低通滤波法 17 第四章、总结与体会 19 参考文献 20 第一章、概述 1.1图像平滑意义 图像平滑（S m o o t h i n g）的主要目的是减少图像噪声。图像噪声来自于多方面，有来自于系统外部的干扰（如电磁波或经
电源窜进系统内部的外部噪声），也有来自于系统内部的干扰（如摄像机的热噪声，电器机械运动而产生的抖动噪声内部噪声）。实际获得的图像都因受到干扰而有噪声，噪声产生的原因决定了噪声分布的特性及与图像信号的关系。减少噪声的方法可以在空间域或在频率域处理。在空间域中进行时，基本方法就是求像素的平均值或中值；在频域中则运用低通滤波技术。 图像中的噪声往往是和信号交织在一起的，尤其是乘性噪声，如果平滑不当，就会使图像本身的细节如边缘轮廓，线条等模糊不清，从而使图像降质。图像平滑总是要以一定的细节模糊为代价的，因此如何尽量平滑掉图像的噪声，又尽量保持图像的细节，是图像平滑研究的主要问题之一。 1.2图像平滑应用 图像平滑主要是为了消除被污染图像中的噪声,这是遥感图像处理研究的最基本内容之一,被广泛应用于图像显示、传 输、分析、动画制作、媒体合成等多个方面。该技术是出于人类视觉系统的生理接受特点而设计的一种改善图像质量的方法。处理对象是在图像生成、传输、处理、显示等过程中受到多种因素扰动形成的加噪图像。在图像处理体系中,图像平滑是图像复原技术针对“一幅图像中唯一存在的退化是噪声”时的特例。 1.3噪声模型 1.3.1噪声来源 一幅图像可能会受到各种噪声的干扰，而数字图像的实质就是光电信息，因此图像噪声主要可能来源于以下几个方面：光电传感器噪声、大气层电磁暴、闪电等引起的强脉冲干扰、
基于Retinex算法视频增强的MATLAB实现 一、读书笔记 1：数字图像文件简介 BMP文件：Windows操作系统中的标准图像文件格式，能够被多种Windows应用程序所支持。 GIF文件：GIF文件的数据是一种基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式，不属于任何应用程序。 JPEG图像格式：后缀名为.jpg或者.jpeg,是一种有损压缩格式。 ICO文件：Windows的图标文件格式的一种，可以存储单个图案、多尺寸、多色板的图标文件 HDF文件：层次型数据格式可以存储不同类型的图像和数码数据，有函数库。 PNG文件：常用于JAVA程序、网页和S60中。 TIFF文件：主要用来存储包括照片和艺术图在内的文件格式。 DICOM文件:数字影像和通信标准。 2:基于MATLAB图像处理基础 1）图像数据类型 double类型：图像处理最常用的数据类型，也是matlab中默认的数 据类型。图像数据的取值范围为0-1。 Unit8类型：常用于从存储设备中读取数据时，操作不能使结果超出 [0,255]. Unit16类型：用于精度较高的图像中。 Logical类型：常用于二值图像中，可用true、false或关系运算符 得到。 2）数据类型转换 3)文件信息读取
Matlab提供imfinfo函数来实现所有格式（除DICOM）的信息读取，调用形式： info=imfinfo（’filename’） 4)读取图像 使用imread可以将图像读入matlab环境，语法： imread (‘filename’),其中，filename是一个含有文件全名的字符串。 函数size可给出一副图像的行数和列数 >>size（f） Ans= 1024 1024 5)显示图像 在matlab桌面上显示图像一般用imshow，语法： imshow (f,G) 其中，f是一个图像数组，G为显示该图像的灰度级数。若将G省略，则默认256.语法 imshow(f,[low high])会将小于或等于low的显示为黑色，大于或等于high的显示为白色，介于两者之间的值以默认的级数显示为中等亮度值。语法 imshow(f,[])可以将变量low设置为数组f的最小值，将high 设置为f的最大值。 6）保存图像 使用imwrite函数可将图像写入磁盘，语法; Imwrite(f,’filename’) Filename必须是一个可识别的文件格式扩展名 另一种常用但只用于jpeg图像的函数imwrite,其语法为 Imwrite(f,’filename.jpg’,’quality’,q), Q为一个0到100的整数，q越小，图像退化越严重 3:亮度变换与空间滤波 1）函数imadjust是对灰度图像进行亮度变换的基本IPT工具。语法 g=imadjust(f,[low_in high_in],[low_out high_out],gamma) 将low_in至high_in之间的值映射到low_out至high_out之间的值，其他的值被剪切掉了。 2）对数和对比度的拉伸变换 对数变换通过以下表达式实现： g=c*log(1+double(f)) 3)阈值变换 表达式：g=1./(1+(m./(double(f)+eps)).^E) Eps可避免f出现0值的溢出现象 4）计算并绘制图像直方图 函数：imhist（f）; 直方图均衡化有函数histep实现，语法：g=histep(f,nlev) Nelv为输出图像制定的灰度等级 5）空间滤波： 工具箱使用函数imfilter来实现线性空间滤波，语法 g=imfilter(f,w,filter_mode,boundary_options,size_options)
图像增强方法的研究 摘要 数字图像处理是指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对其进行处理的过程。在图像处理中，图像增强技术对于提高图像的质量起着重要的作用。本文先对图像增强的原理以及各种增强方法进行概述，然后着重对灰度变换、直方图均衡化、平滑和锐化等几种常用的增强方法进行了深入的研究，在学习数字图像的基本表示与处理方法的基础上，针对图像增强的普遍性问题，研究和实现常用的图像增强方法及其算法，通过Matlab实验得出的实际处理效果来对比各种算法的优缺点，讨论不同的增强算法的适用场合，并对其图像增强方法进行性能评价。如何选择合适的方法对图像进行增强处理，是本文的主要工作，为了突出每种增强方法的差异，本文在Matlab的GUI图形操作界面中集合了四种常用算法的程序，以达到对各种算法的对比更直观和鲜明的效果。 关键词：图像增强直方图均衡化灰度变换平滑锐化
目录 1 图像增强的基本理论 (3) 1.1 课题背景及意义 (3) 1.2 课题的主要内容 (4) 1.3 数字图像基本概念 (5) 1.3.1数字图像的表示 (5) 1.3.2 图像的灰度 (5) 1.3.3灰度直方图 (5) 1.4 图像增强概述 (6) 1.5图像增强概述 (8) 1.5.1图像增强的定义 (8) 1.5.2常用的图像增强方法 (8) 1.5.3图像增强的现状与应用 (9) 2 图像增强方法与原理 (10) 2.1 图像变换 (10) 2.1.1 离散图像变换的一般表达式 (10) 2.1.2 离散沃尔什变换 (11) 2.2 灰度变换 (12) 2.2.1 线性变换 (12) 2.2.2 分段线性变换 (13) 2.2.3 非线性变换 (13) 2.3 直方图变换 (14) 2.3.1 直方图修正基础 (14) 2.3.2 直方图均衡化 (16) 2.3.3 直方图规定化 (17) 2.4 图像平滑与锐化 (18) 2.4.1 平滑 (18) 2.4.2 锐化 (19)
三种不同灰度图像增强算法对比 一、摘要 本文主要是运用直方图均衡化、平滑、锐化三种常见的图像增强算法对图像进行处理,并在此基础上分别用这 3 种算法处理的灰度图像进行比较，比对它们对图像的处理效果, 分析3 种方法在图像增强处理能力的优劣之处。 结果发现,直方图均衡化可以均衡图像的灰度等级, 经过直方图的均衡化，图像的细节更加清楚了，但是由于直方图均衡化没有考虑图像的内容，只是简单的将图像进行直方图均衡，提高图像的对比度,使图像看起来亮度过高，使图像细节受到损失; 图像平滑的目的是减少或消除图像的噪声, 图像平滑可以使图像突兀的地方变得不明显, 但是会使图像模糊，这也是图像平滑后不可避免的后果，只能尽量减轻，尽量的平滑掉图像的噪声又尽量保持图像细节，这也是图像平滑研究的主要问题; 图像锐化使图像的边缘、轮廓变得清晰，并使其细节清晰,常对图像进行微分处理，但是图像的信噪比有所下降。 关键词: 图像增强灰度图直方图平滑锐化 二、三种图像增强算法 图像预处理是相对图像识别、图像理解而言的一种前期处理，主要是指按需要进行适当的变换突出某些有用的信息，去除或削弱无用的信息，在对图像进行分析之前, 通常要对图像质量进行改善,改善的目的就是要使处理后的图像比原始图像更适合特定的应用。影响图像清晰度的因素很多,主要有光照不足、线路传输收到干扰等。 现存的图像增强技术主要分为空间域法和频率域法两类,其中的增强方法主要有直方图的修正、灰度变换、图像平滑、图像锐化、伪彩色和假彩色处理等。下面主要采用直方图均衡化、图像平滑、图像线性锐化对图像进行增强处理, 对比他们的处理效果,分析 3 种方法的在图像增强处理方面的优劣。 1、直方图均衡化 直方图均衡化也称为直方图均匀化，是一种常见的灰度增强算法，是将原图像的直方图经过变换函数修整为均匀直方图，然后按均衡后的直方图修整原图像。 为方便研究，先将直方图归一化，然后图像增强变换函数需要满足2个条件。 假设灰度级为归一化至范围[0,1]内的连续量,设其中任一灰度级别Z归一化为r，变换后图像的任一灰度级Z'归一化为s，显然r，s应当满足：0<=r<=1,0<=s<=1 因此直方图修正就是对下列公式的计算过程：s=T(r)或r=T'(s) 式中T(r)为变换函数，它必须满足下列条件： a在0<=r<=1区间内是单值单调增加函数; b对于0<=r<=1,有T(r)在[0,1]内。 条件a 保证灰度级从黑到白的次序,而条件b确保映射后的像素灰度在允许的范围内，避免整个图像明显变亮或者变暗。 从S 到r的反变换关系为r=T'(s) ；T'(s)对r同样满足上述条件。 灰度变换是对图像上各个像素点的灰度值x 按某个函数T 变换到y ,将图像的灰度级整个范围或其中某一段( A, B)扩展或压缩到( A, B)。直方图均衡化是灰度变换的一个重要应用,是以累计分布函数变换为基础的直方图修正法, 可以产生一幅灰度级分布具有均匀概率密度的图像。一幅图像灰度级r k 出现的概率近似为 其中n 是图像中像素的总和, nk 是灰度级为r k 的像素个数, L 为图像中灰度级总数。若
西南政法大学硕士学位论文 面向低质量指纹的图像增强算法研究 导师：贾治辉副教授 作者：向锐 中国·重庆 二零零八年四月
中文摘要 指纹是手指末端正面皮肤上由乳头凸起的摩擦脊线形成的花纹，具有各人各指不同、终身稳定不变的特性。指纹因其蕴涵大量的人身个体信息，而具有很高的人身识别价值。近百年来，人们通过对指纹不懈的研究和探索，逐步对指纹的特征体系有了清晰的认识，并基于此对指纹特征进行了分类，提出了指纹鉴定的科学依据和程序。 目前，指纹识别技术已经在现代生物识别技术中占有相当重要的位置。从实用性和可行性角度看，指纹识别技术能够高效、快捷、方便的自动完成指纹的纹形分类、特征提取、图像的存储、检索以及比对、细节特征匹配等一系列工作，具有方便、高效、客观、安全等诸多优点，优于其它生物识别技术，已被认为是一种理想的身份认证技术。 从20世纪60年代起，计算机技术进入指纹识别、鉴定领域，英国、美国、法国、日本等计算机发达的国家先后研制出各具特色的指纹自动识别系统，为指纹鉴定开辟了新的途径。目前，计算机指纹识别技术已经在司法、金融安全、数字加密、电子商务等各个领域得到了广泛的应用，在我们未来的生活中发挥越来越重要的作用。 近年来，由于数字图象处理学以及硬件技术的迅速发展，指纹识别技术获得相当大的进展，但仍然不能满足社会发展的需要，以指纹识别广泛代替其它识别技术(如印鉴，钥匙，密码，签字)是面向二十一世纪的具有深远意义的课题，有关指纹自动识别技术的研究己成为模式识别、图象处理以及计算机视觉等领域中极为关注的热点。 指纹识别技术通常使用指纹的一般特征来进行种类识别，在种类识别的基础上再对指纹的细节特征进行系统性的比较，然后作出是否同一的判断。它一般都由以下模块组成：指纹图像采集模块；指纹图像预处理模块；特征提取模块；特征匹配模块。其中，指纹图像预处理模块又包括：图像质量评估，图像分割、图像增强、细化、二值化等步骤。 指纹识别技术中，图像增强技术是其中一个非常重要的步骤。如果指纹图像得不到准确、显著的增强，指纹特征就难以被准确提取。许多学者对指纹图像增强方法进行了探讨，其中，Coetzee等使用Marr-Hildreth边缘算子得到指纹灰度图的脊边缘图，提出了采用卷积
在借鉴国外相对成熟理论体系和技术应用体系的条件下，国内的增强技术和应用也有了很大的发展。总体来说，图像增强技术的发展大致经历了初创期、发展期、普及期和应用期4个阶段。初创期开始于20世纪60年代，当时的图像采用像素型光栅进行扫描显示，大多采用中、大型机对其进行处理。在这一时期由于图像存储成本高，处理设备造价高，因而其应用面很窄。20世纪70年代进入了发展期，开始大量采用中、大型机进行处理，图像处理也逐渐改用光栅扫描显示方式，特别是出现了CT和卫星遥感图像，对图像增强处理提出了一个更高的要求。到了20世纪80年代，图像增强技术进入普及期，此时的计算机已经能够承担起图形图像处理的任务。20世纪90年代进入了应用期，人们运用数字图像增强技术处理和分析遥感图像，以有效地进行资源和矿藏的勘探、调查、农业和城市的土地规划、作物估产、气象预报、灾害及军事目标的监视等。在生物医学工程方面，运用图像增强技术对X 射线图像、超声图像和生物切片显微图像等进行处理，提高图像的清晰度和分辨率。在工业和工程方面，主要应用于无损探伤、质量检测和过程自动控制等方面。在公共安全方面，人像、指纹及其他痕迹的处理和识别，以及交通监控、事故分析等都在不同程度上使用了图像增强技术。图像增强是图像处理的重要组成部分，传统的图像增强方法对于改善图像质量发挥了极其重要的作用。随着对图像技术研究的不断深入和发展，新的图像增强方法不断出现。例如一些学者将模糊映射理论引入到图像增强算法中，提出了包括模糊松弛、模糊熵、模糊类等增强算法来解决增强算法中映射函数选择问题，并且随着交互式图像增强技术的应用，可以主观控制图像增强效果。同时利用直方图均衡技术的图像增强也有许多新的进展：例如提出了多层直方图结合亮度保持的均衡算法、动态分层直方图均衡算法。这些算法通过分割图像，然后在子层图像内做均衡处理，较好地解决了直方图均衡过程中的对比度过拉伸问题，并且可以控制子层灰度映射范围，增强效果较好。 20世纪20年代图片第一次通过海底电缆从伦敦传往纽约。当时人们通过字符模拟得到中间色调的方法来还原图像。早期的图像增强技术往往涉及硬件参数的设置，如打印过程的选择和亮度等级的分布等问题。在1921年年底提出了一种基于光学还原的新技术。在这一时期由于引入了一种用编码图像纸带去调制光束达到调节底片感光程度的方法，使灰度等级从5个灰度级增加到15个灰度等级，这种方法明显改善了图像复原的效果。到20世纪60年代早期第一台可以执行数字图像处理任务的大型计算机制造出来了，这标志着利用计算机技术处理数字图像时代的到来。1964年，研究人员在美国喷气推进实验室(JPL)里使用计算机以及其它硬件设备，采用几何校正、灰度变换、去噪声、傅里叶变换以及二维线性滤波等增强方法对航天探测器“徘徊者7号”发回的几千张月球照片进行处理，同时他们也考虑太阳位置和月球环境的影响，最终成功地绘制出了月球表面地图。随后他们又对1965年“徘徊者8号”发回地球的几万张照片进行了较为复杂的数字图像处理，使图像质量进一步提高。这些成绩不仅引起世界许多有关方面的注意而且JPL本身也更加重视对数字图像处理地研究和设备的改进，并专门成立了图像处理实验室IPL。在IPL里成功的对后来探测飞船发回的几十万张照片进行了更为复杂的图像处理，最终获得了月球的地形图、彩色图以及全景镶嵌图。从此数字图像增强技术走进了航空航天领域。 20世纪60年代末和20世纪70年代初有学者开始将图像增强技术用于医学图像、地球遥感监测和天文学等领域。X射线是最早用于成像的电磁辐射源之一，在1895年X射线由伦琴发现。20世纪70年代Godfrey N. Hounsfield先生和Allan M. Cormack教授共同发明计算机轴向断层技术：一个检测器围绕病人，并用X射线源绕着物体旋转。X射线穿过身体并由位于对面环中的相应检测器收集起来。其原理是用感知的数据去重建切片图像。当物体沿垂直于检测器的方向运动时就产生一系列的切片，这些切片组成了物体内部的再现图像。到了20
数字图像增强算法分析 马 琳,于 宁 (哈尔滨市勘察测绘研究院,黑龙江哈尔滨150000) 摘 要:在阐明图像增强处理基本方法基础上,对几种有代表性的图像增强算法(基于直方图均衡化图像增强算法,基于模糊集理论的图像增强算法,基于小波变换的图像增强算法,基于人眼视觉特性的彩色图像增强算法及基于神经网络的图像增强算法)做简单介绍,对现有直方图的均衡化算法进行分析、对比,综合多种算法对现有直方图均衡化算法做改进,得出一种新的直方图均衡化方法。关键词:图像增强;直方图均衡化;M AT LA B;对比度增强 中图分类号:P 211 文献标识码:A 文章编号:1008 5696(2011)01 0122 04 Analysis of Digital Image Enhancement Algorithm M A Lin,YU Ning (H arbin City P ro specting and M apping Resear ch I nstit ute,Har bin 150000,China) Abstract:Based on the ex po sitio n for the fundam ental methods o f im ag e enhancem ent pr ocessing ,it sim ply introduces sever al kinds of representative image enhancement alg orithm (im ag e enhancement algo rithm based on histo gram equalization,image enhancement algorithm based on fuzzy set theor y,im ag e enhance m ent alg orithm based on w avelet transform ,image enhancem ent algor ithm based on hum an visual property and image enhancement algo rithm based on artificial neural netw o rk).Carries o n the analysis and contr ast to the ex isting histog ram equalization algo rithm.Finally,w e synthesize m any kinds of algor ithms to make som e improvements to the ex isting histog ram equalization alg orithm and o btain one new histog ram equali zing method. Key words:im age enhancement;histog ram equalizatio n;M AT LAB;contr ast enhancem 收稿日期:2010 09 10 作者简介:马 琳(1982-),女,助工,研究方向:测绘工程. 1 研究目的和意义 图像增强的目的是改善图像的视觉效果,针对给定图像的应用场合,有目的地强调图像的整体或局部特性,扩大图像中不同物体特征之间的差别,满足某些特殊分析的需要。其方法是通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据,有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制(掩盖)图像中某些不需要的特征,使图像与视觉响应特性相匹配。在图像增强过程中,不分析图像降质的原因,处理后的图像不一定逼近原始图像。图像增强技术根据增强处理过程所在的空间不同,分为基于空域的算法和基于频域的算法两大类。基于空域的算法处理时直接对图像灰度级做运算,基于频域的算法是在图像的某 种变换域内对图像的变换系数值进行某种修正,是一种间接增强算法 [1] 。 2 直方图与直方图均衡化 2.1 直方图 1)直方图又称质量分布图,是一种几何形图表,它是根据从生产过程中收集来的质量数据分布情况,画成以组距为底边、以频数为高度的一系列连接起来的直方型矩形图。 2)图像的直方图。以灰度图为例,假设图中一共只有0、1、2、3、4、5、6、78种灰度,0代表黑色,7代表白色,其它数字代表0~7之间不同深浅的灰度,见图1。 统计的结果如下,横轴标示灰度级别(0~7),纵轴标示每种灰度的数量,见图2。 Photoshop(PS)中的显示,见图3。
数字图像处理简答题及答案 简答题 1、数字图像处理的主要研究内容包含很多方面，请列出并简述其中的4种。 2、什么是图像识别与理解？ 3、简述数字图像处理的至少3种主要研究内容。 4、简述数字图像处理的至少4种应用。 5、简述图像几何变换与图像变换的区别。 6、图像的数字化包含哪些步骤？简述这些步骤。 7、图像量化时，如果量化级比较小会出现什么现象？为什么？ 8、简述二值图像与彩色图像的区别。 9、简述二值图像与灰度图像的区别。 10、简述灰度图像与彩色图像的区别。 11、简述直角坐标系中图像旋转的过程。 12、如何解决直角坐标系中图像旋转过程中产生的图像空穴问题？ 13、举例说明使用邻近行插值法进行空穴填充的过程。 14、举例说明使用均值插值法进行空穴填充的过程。 15、均值滤波器对高斯噪声的滤波效果如何？试分析其中的原因。 16、简述均值滤波器对椒盐噪声的滤波原理，并进行效果分析。 17、中值滤波器对椒盐噪声的滤波效果如何？试分析其中的原因。 18、使用中值滤波器对高斯噪声和椒盐噪声的滤波结果相同吗？为什么会出现这种现象？
19、使用均值滤波器对高斯噪声和椒盐噪声的滤波结果相同吗？为什么会出现这种现象？ 20、写出腐蚀运算的处理过程。 21、写出膨胀运算的处理过程。 22、为什么YUV表色系适用于彩色电视的颜色表示？ 23、简述白平衡方法的主要原理。 24、YUV表色系的优点是什么？ 25、请简述快速傅里叶变换的原理。 26、傅里叶变换在图像处理中有着广泛的应用，请简述其在图像的高通滤波中的应用原理。 27、傅里叶变换在图像处理中有着广泛的应用，请简述其在图像的低通滤波中的应用原理。 28、小波变换在图像处理中有着广泛的应用，请简述其在图像的压缩中的应用原理。 29、什么是图像的无损压缩？给出2种无损压缩算法。 2、对于扫描结果：aaaabbbccdeeeeefffffff，若对其进行霍夫曼编码之后的结果是：f=01 e=11 a=10 b=001 c=0001 d=0000。若使用行程编码和霍夫曼编码的混合编码，压缩率是否能够比单纯使用霍夫曼编码有所提高？ 31、DCT变换编码的主要思想是什么？ 32、简述DCT变换编码的主要过程。 33、什么是一维行程编码？简述其与二维行程编码的主要区别。 34、什么是二维行程编码？简述其与一维行程编码的主要区别。 35、简述一维行程编码和二维行程编码的异同。 36、压缩编码算法很多，为什么还要采用混合压缩编码？请举例说明。 37、对于扫描结果：aaaabbbccdeeeeefffffff，若对其进行霍夫曼编码之后的结果是：f=01 e=11 a=10 b=001 c=0001 d=0000。若使用行程编码和霍夫曼编码的混合编码，压缩率是否能够比单纯使用行程编码有所提高？ 38、连续图像和数字图像如何相互转换？
第一章 绪论 图像增强研究现状 图像增强是图像处理的基本内容之一，图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要信息的处理方法，其目的是使得处理后的图像对某种特定的应用，比原始图像更合适。处理的结果使图像更适应于人的视觉特性或机器的识别系统。图像增强主要可分为三类:频域图像增强方法、小波域图像增强方法、空域图像增强方法。 1.1频域图像增强方法 频域图像增强是对图像经傅立叶变换后的频谱成分进行操作，然后逆傅立叶变换获得所需结果。其原理如下图所示： 频域图像增强原理图 常用的频域增强方法有低通滤波技术，是利用低通滤波器去掉反映细节和跳变性的高频分量。但其在去除图像尖峰细节的同时也将图像边缘的跳变细节去除掉了，而使得图像较模糊。低频滤波有理想低通滤波器、Butterworth 滤波器、指数滤波器等。高通滤波器技术是利用高通滤波器来忽略图像中过度平缓的部分，突出细节和跳变等的高频部分，使得增强后的图像边缘信息分明清晰。高通滤波技术进行增强处理后的图像，视觉效果不好，较适用于图豫中物体的边缘提取。高通滤波器有理想高通滤波器、梯形滤波器、指数滤波器等。频域增强方法中还有带通和带阻滤波、同态滤波等，一般是用来解决光动态范围过大或者光照不均而引起的图像不清等情况。 频域变换的基础是卷积处理，因此其基本原理为:设原始图像为),(y x f ，处理后图像为),(y x g ，而),(y x h 是线性不变算子。则根据卷积定理，有: ),(*),(),(y x h y x f y x g = （1-1） 其中*代表卷积。若),(v u G 、),(v u H 、),(v u F 分别是),(y x g 、),(y x h 、),(y x f 的傅立叶变换，则上式的卷积关系表示成变换域中为: ),(*),(),(v u F v u H v u G = （1-2） 其中),(v u H 用线性系统理论来说，是转移函数。在具体的增强中，),(y x f 是给定的，则),(v u F 也可通过变换求出。而),(v u H 通过不同的滤波器来确定，则 由式(1-2)可得: )],(),([),(1v u F v u H F y x g -= （1-3） 1.2小波域图像增强方法 小波是近几年发展起来的一种时频分析工具，它同时具有时频局部化能力和
课程设计报告 设计题目：指纹图像的增强 学院：电子工程学院 专业：电子信息工程 班级： 学号： 姓名： 电子邮件： 日期： 2013 年 9 月 成绩： 指导教师：
一、设计概述 1.课程设计题目：指纹图像的增强方法 2.基本要求：读取初始指纹图像，设计程序，实现指纹图像的增强，使指纹的 纹理更加清晰，便于识别。 3.指纹图像增强的意义： 指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。指纹能使手在接触物件时增加摩擦力，从而更容易发力及抓紧物件。是人类进化过程式中自然形成的。目前尚未发现有不同的人拥有相同的指纹，所以每个人的指纹也是独一无二。由于指纹是每个人独有的标记，近几百年来，罪犯在犯案现场留下的指纹，均成为警方追捕疑犯的重要线索，使得指纹识别技术得到了飞快的发展，指纹图像的识别也就变得非常具有意义，但是通过传感器等方式获取到的指纹图像往往是比较模糊的，识别率相对较低，此时，指纹图像增强就孕育而生，通过对指纹图像的增强处理，得出了具有较清晰的图像，是识别率更高。 二．设计思路：指纹图像增强的主要步骤及方法 ①读取指纹图像 ②指纹图像灰度化处理 ③指纹图像平滑处理 ④指纹图像的腐蚀处理 ⑤指纹图像的锐化处理 ⑥指纹图像二值化
⑦指纹图像纹理的细化处理 三．具体的处理流程及其分析 1.指纹图像的读取 将通过传感器或者别的方式获取到的指纹图像读取到matlab中；如 .bmp .jpg 等格式的图片文件。 通过matlab实现： I=imread(‘文件路径+图像名.jpg'); 2. 指纹图像灰度化处理 数字图像可分为灰度图像和彩色图像。通过灰度化处理和伪彩色处理，可以使伪彩色图像与灰度图像相互转化；灰度化就是使彩色的R，G，B分量值相等的过程 I=rbg2gray（I） 3.指纹图像平滑处理（此处我们使用的是中值滤波的方法处理） 图像平滑的主要目的是减少图像噪声。图像噪声来自于多方面，有来自于系统外部的干扰（如电磁波或经电源窜进系统内部的外部噪声），也有来自于系统内部的干扰（如摄像机的热噪声、电器机械运动而产生的抖动噪声等内部噪声）。实际获得的图像都因受到干扰而含有噪声，噪声产生的原因决定了噪声分布的特性及与图像信号的关系。减少噪声的方法可以在空间域或频率域处理。在空间域中进行时，基本方法就是求像素的平均值或中值；在频率域中则运用低通滤波技术。
第25卷第9期计算机应用与软件 Vol 125No . 92008年9月Computer App licati ons and Soft w are Sep. 2008 一种改进的图像增强算法及其应用 王小凤耿国华郭红波 (西北大学信息科学与技术学院陕西西安710069 收稿日期:2006-12-30。国家自然科学基金项目(60673100 。王 小凤, 博士生, 主研领域:数据挖掘, 模式识别, 图形图像处理和音频处理。 摘要为改进图像增强算法, 使之更适合医学领域图片的处理, , 景区, 使用不同的函数进行增强, , 。实验结果显示改进的基于粗糙集的增强效果优于直方图均衡化方法。关键词粗糙集上逼近下逼近AN I M I M ENHANCE M ENT AL GO R I TH M AND I TS APPL I CAT I O N W ang Xiaofeng Geng Guohua Guo Hongbo (School of Infor m ation Science and Technology, N orthw est U niversity, X i πan 710069, Shaanxi, China Abstract W ith an ai m t o i m p r ove the i m age enhance ment algorith m and make it suitable f or medical field, the upper and l ower app r oxi m a 2ti on ideas of r ough set theory are used, and the i m age is divided int o object 2i m age and backgr ound 2i m age, which are enhanced by different functi ons . Then, an i m p r oved i m age enhancement algorith m based on r ough set is p r oposed and used in medical i m age field . Experi m ental re 2sults show that the enhanced effect of the p r oposed algorith m is obvi ous and better than that of the hist ogra m equalizati on method . Keywords Rough set Upper app r oxi m ati on Lower app r oxi m ati on H ist ogram equalizati on