精品课件-HALCON数字图像处理-第6章 图像增强

◘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； 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。
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 了 困难。
Digital Image
6.0 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，没有新信息的增加， 只是 通过压制一部分信息，从而突出另一部分信息。
( f (m, n)
)
其中λ 和γ 为常数。为避免时底数为0的情况，增加偏移量 ε 。γ 值的选择对于变换函数的特性有很大影响，当γ ＜ 1 时会将原图像的灰度向高亮度部分映射，当γ ＞1时向低亮度部 分映射，而当γ =1时相当于正比变换。灰度指数变换的图 像 示例如图4.1.5所示。
Digital Image
)=
nnj
0.19
0.25
0.21 0.24 0.11
6.2 图像的直方图修正
图4.2.3给出了直方图均衡化的示意图。从图和表中可以看 出，由于 数字图像灰度取值的离散性，通过四舍五入使变换后 的分灰布度，值但。出相现比了于归原直并现方象图，要而平使坦变得换多后的直方图并非完全均匀
图4.2.3 直方图均衡化的示意图
第6章
图像增强
◆ 6.0 ◆ 6.1 ◆ 6.2 ◆ 6.3 ◆ 6.4 ◆ 6.5 ◆ 6.6
概述 图像的对比度增强 图像 的直方图修正图 像平滑
图形锐化 图像的同态滤波 图像 的彩色增强
HALCON数字图像
6.0
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。
6.1 图像的对比度增强
图4.1.5 取不同γ值的指数变换结果对 比。 （a）原图像；（b）γ=0.7时的变换结果；（c）γ=1.7 时的变换结果。 Digital Image
6.2 图像的直方图修正
◘ 概述
▓ 定义：灰度直方图定义为数字图像中各灰度级与其出 现的 频数间的统计关系，可表示为：
P(k ) nk , k 0,1,… , L1 且 L P ( k ) 其中，nk为图像的第k级灰度值，是中灰度值为 k的像k1素个数1，n是图像的总像素个数，L是灰度级数。 ▓ 0性质：1. 直方图的位置缺失性 2. 直方图与图像的一对多特性 3. 直方图的可叠加性
图4.1.4 对数变换应用示例。 （a）图像；（b）图像的傅立叶谱；（c）图(b)的对数变换效果 ；（d）对数变换关系(λ=1)
Digital Image
6.1 图像的对比度增强
2. 指数变换
与对数变换的效果相反，指数变换使得高灰度范围得到扩展， 而压缩了低灰度范围，其一般表达式为
g (m, n)
Digital Image
6.2 图像的直方图修正
▓ 直方图与图像清晰性的关系：直方图反映了图像的清晰程 度，当直方图均匀分布时，图像最清晰。由此，我们可以利 用直方图来达到使图像清晰的目的。
◘ 直方图均衡化
直方图均衡化就是通过原始图像的灰度非线性变换，使 其直方图变成均匀分布，以增加图像灰度值的动态范围，从 而达到增强图像整体对比度，使图像变清晰的效果。
n)f f
(m,
方
法
，
即
有
Digital Image n) b M
g (m, d n)
6.1 图像的对比度增强
g N(m, n)
c a
d
b
f (m, c n)
a
bM
图4.1.2 灰度分段线性变换关系
f (m, n)
（a）扩展感兴趣的，牺牲其它； （b）扩展感兴趣的，压 缩其它。
Digital Image
为 g (m, n) j ；
◘统计变换后各灰度级的像素个数 nj ； ◘计算变换后图像的直方图： P ( j ) nnj 。 Digital Image
6.2 图像的直方图修正
[ 例6-1] 设有一幅大小为，包含灰度值是的8个灰度 级 的数字图像，其各灰度级的像素个数见表4-1所示，要求对 其进行直方图均衡化，求出灰度变换关系和变换 后的直 方图。
表6-1 图像各灰度级的像素个数
灰度级 0 1 2 3 4 5 6 7 （i） 像素个数 786 1020 852 650 333 245 130 80 （ni）
Digital Image
6.2 图像的直方图修正
步
骤
计算方法或公式
1 列出图像灰度级（i或j）
2 统计原图像各灰度级像素个数ni
计算结果
j T [i] 。其中，Pr (i) 为原数字图像的直方图，Pz ( j)为规定
直方图， i 和j 分别为原图像和期望图像的灰度级，且
具有相同的取值范围，即 i, j 0,1, 2,… , L 1 。
6.1 图像的对比度增强
图4.1.3 图像灰度的线性变换示例 （a）原图像；（b）扩展动态范围；（c）图像取反；（d）
有扩有压。 Digital Image
6.1 图像的对比度增强
◘灰度的非线性变换
▓ 灰度的非线性变换：常用的灰度非线性变换方法包括
1. 对数变换
对数变换的一般表达式为
g (m , n )
Digital Image
6.1 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
g ( m ,n)
T [ f (m , n )]
0
1
2
3
4
5
6
7
786 1020 852 650 333 245 130 80
3
计算原始 n P(i) = ni 4 直计图方算：图累：积直kP=j方= 0j P(k)
5 计算变换后 j = INT
6
7
统的确换计灰定关变换度灰系后各值度：灰度：变级i 的⎡10像j.5素⎡)P⎡个(L⎡j数+-n j
◘统计原图像各灰度级的像素个数 ni ；
◘计算原始图像直方图：P(i) 个数；
ni n ，n为原始图像像素总
◘计算累积直方图：Pj
P(jk )
；
◘利用灰度变换函数计算变k换后的灰度值，并四舍五入取整：j
INT [(L 1)Pj 0. .5] 0 ◘确定灰度变换关系 f (m,n) i ，据此将原图像的灰度值修正
0.19 0.25 0.21 0.16 0.08 0.06 0.03 0.02 0.19 0.44 0.65 0.81 0.89 0.95 0.98 1.00
1 3 5 6 677 7
0€1 1€3
2€53,4€6
786
1020
5,6, 7€7
852 983 455
8
计算变换后 P ( j
图像的直方 Digit图al：Image
Digital Image
6.0 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 。
在扩展感兴趣的[ a,b] 区 间 的 同 时 ， 为 了 保 留 其 它 区 间
的 扩
灰 有
度 压
层 。
次，也可以 采用其它
变
换
函
数
为c a
f
g(m, n) c
b];
Mdd-b-a c
(m, n) f[ f(m(m, n, n) )
N
(m,
d
n)
[
f
区b 间f (压m缩, 的
;
0
na)a]; b
(bmba ,
局均匀化 直方图，但实际应用中有时要求突出感兴趣灰度 范围，即修正直方图使其具有要求的形式。
（
（
（
a
b
c
）
）
）
（d）
（e）
图4.2.5 几种给定形状的直方图 （a）原直方图；（b）正态扩展直方图；（c）均匀化直方图 D；igi（tadl I）m暗ag区e扩展直 方图；（e）亮区扩展直方图。
6.2 图像的直方图修正
3 缩小动态范围：若 [c, d ] 会变窄。
[a , b ] ，即 0 k 1，则变换后图像动态范 围
4 反转或取反：若
k 0 ，即对于 b a ，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，g
(m, n) 即为
f (m, n) 的取反。
Digital Image
其中，T[i] 表示增强图像和原图像的灰度变换关系（函数） 。
Digital Image
6.1 图像的对比度增强 ◘灰度线性变换
▓ 灰 度 的 线 性 变 换 ： 设 原 图 像 灰 值f (m, n) [a, 线 性 变 后换的取值 g(m, n) [c, d]，则线性变换如b图] 4.1-1所示。变换关 系式为