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1、会计学1数字图像分析数字图像分析(fnx)第一页，共60页。第三章第三章 数字图像分析数字图像分析(fnx)3.1 3.1 图像增强图像增强3.2 3.2 图像分割图像分割3.3 3.3 特征提取特征提取3.4 3.4 识别识别(shbi)(shbi)与解释与解释第2页/共60页第二页，共60页。第一节第一节 图像增强图像增强图像增强引言(ynyn)空域图像增强频域图像增强第3页/共60页第三页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n图像增强引言n n图像增强的定义(dngy)n n图像增强的空域法n n图像增强的频域法第4页/共60页第四页，共60页。图像增强
2、图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n图像增强的定义n n图像增强技术(jsh)的主要目标是，通过对图像的处理，使图像比处理前更适合一个特定的应用预处理n n可能的应用：显示、打印、印刷、识别、分析、创艺等n n可能的处理策略：空域策略、频域策略第5页/共60页第五页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n图像增强的定义n n可能的处理：n n去除噪音n n边缘增强n n提高对比度n n增加亮度n n改善颜色效果(xiogu)n n改善细微层次n n通常与改善视觉效果(xiogu)相一致第6页/共60页第六页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引
3、言图像增强引言(ynyn)n n图像增强的定义图像增强的定义(dngy)(dngy)n n可能的处理：可能的处理：n n边缘增强边缘增强第7页/共60页第七页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n图像增强的定义n n可能的处理：n n提高对比度n n增加亮度n n改善颜色(yns)效果第8页/共60页第八页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n图像增强的空域法n n点运算法灰度级变换(binhun)n n寻找一个合适的变换(binhun)Tn n模板运算法空域过滤器n n寻找一个合适的模板n n几何变换(binhun)法变形矫
4、正n n基于色彩的处理图像增强的空域(kngy)法第9页/共60页第九页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n图像增强的频域法n n频域增强的理论基础(jch)n n频域增强的处理方法n n频域增强与空域增强的关系第10页/共60页第十页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强(zngqing)的理论基础n n卷积理论n n被处理图像f(x,y)n n变换函数h(x,y)/*线性、位置无关操作n n目标图像g(x,y)n n有卷积：g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)n n有等式：G(u,v)=H(u,v)F(u,v
5、)n n有等式：g(x,y)=F-1H(u,v)F(u,v)第11页/共60页第十一页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强的原理n n频率平面与图像空域特性的关系(gun x)n n图像变化平缓的部分靠近频率平面的圆心，这个区域为低频区域n n图像中的边、噪音、变化陡峻的部分，以放射方向离开频率平面的圆心，这个区域为高频区域第12页/共60页第十二页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强频域增强(zngqing)(zngqing)的原理的原理边、噪音、变化陡峭(duqio)部分变化平缓部分uv第13页/共60
6、页第十三页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强频域增强(zngqing)(zngqing)的原理的原理边、噪音(zoyn)、变化陡峭部分变化平缓部分uv第14页/共60页第十四页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强的处理方法n n对于给定的图像f(x,y)和目标，计算出它的傅立叶变换(binhun)F(u,v)n n选择一个变换(binhun)函数H(u,v)/*并非到空域找n n计算出目标图像g(x,y)n ng(x,y)=F-1H(u,v)F(u,v)第15页/共60页第十五页，共60页。图像增强图像增
7、强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强与空域模板增强的关系频域增强与空域模板增强的关系n n卷积的离散表达式，基本上可以卷积的离散表达式，基本上可以(ky(ky)理解为模理解为模板运算的数学表达方式板运算的数学表达方式n n M-1 N-1 M-1 N-1n ng(x,y)=f*h=g(x,y)=f*h=f(m,n)h(x m,y n)f(m,n)h(x m,y n)n n m=0 n=0 m=0 n=0n n因此，卷积的冲击响应因此，卷积的冲击响应h(x,y)h(x,y)，被称为空域卷积，被称为空域卷积模板，这种称谓仅在模板相对中心原点是对称的模板，这种称谓仅在模板相对中心原
8、点是对称的时，才是成立的时，才是成立的第16页/共60页第十六页，共60页。图像增强图像增强:图像增强引言图像增强引言(ynyn)n n频域增强与空域增强的关系n n在实践中，小的空间模板(mbn)比傅立叶变换用得多得多，因为它们易于实现，操作快捷。n n对于很多在空域上难以表述清楚的问题，对频域概念的理解就显得十分重要。在压缩中我们会体会到第17页/共60页第十七页，共60页。图像增强图像增强:空域空域(kngy)增强增强点运算(yn sun)增强直方图增强彩色图像增强空域过滤器第18页/共60页第十八页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强n n点运算灰度级变换
9、增强n n灰度级变换的应用n n亮度调整、对比度拉伸、灰度级切片n n获取变换函数的方法n n固定(gdng)函数、交互样点插值、直方图n n灰度级变换的分析第19页/共60页第十九页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强n n灰度级变换的应用(yngyng)之一n n亮度调整加亮、减暗图像25512825521825512825532第20页/共60页第二十页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强 灰度级变换的应用(yngyng)之二对比度拉伸提高、降低对比度2554825502551282551422180提高(t go)对比度降低对
10、比度P1P2第21页/共60页第二十一页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强 灰度级变换的应用之二 提高对比度通常(tngchng)通过直方图得到两个拐点的位置 降低对比度降低对比度一般用于输出设备的灰度级小于输入图像的灰度级的情况，如显示傅立叶频谱时第22页/共60页第二十二页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强通过(tnggu)直方图得到两个拐点P1、P2的位置p(rk)nkP1P2第23页/共60页第二十三页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强 灰度级变换(binhun)的应用之二局部提高、局部降低
11、对比度255482550255128255142196021623第24页/共60页第二十四页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强灰度级变换的应用(yngyng)之三灰度级切片255482550255142255214134017648第25页/共60页第二十五页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强 获取变换函数的方法(fngf)之一固定函数：指数函数、正玄函数、分段直线、对数函数，如显示傅立叶的s=c log(1+|r|)2550255142021623第26页/共60页第二十六页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn s
12、un)增强增强 获取(huq)变换函数的方法之二交互样点插值用过点的三次样条插值曲线，获得变换函数第27页/共60页第二十七页，共60页。图像增强图像增强:点运算点运算(yn sun)增强增强n n灰度级变换的分析n n灰度级变换对图像层次有负面影响n n原因：由于变换是在有限个灰度级上进行的，因此会造成层次的减少(jinsho)（见实例）n n改进：通过输入较多层次（如28)，保证在图像上进行灰度级变换后，其输出保留足够的层次第28页/共60页第二十八页，共60页。图像增强图像增强(zngqing):直方图增强直方图增强(zngqing)n n直方图增强直方图增强(zngqing)(zngq
13、ing)n n直方图均衡化直方图均衡化n n直方图匹配直方图匹配第29页/共60页第二十九页，共60页。图像增强图像增强(zngqing):直方图增强直方图增强(zngqing)n n直方图均衡化n n一种自动调节图像对比度质量的算法(sun f)n n使用的方法是灰度级变换：s=T(r)n n基本思想是通过灰度级r的概率密度函数p(rk)，求出灰度级变换T(r)n nr正则化到0，1 k kn n sk=T(rk)=p(rj)=nj/nn n j=0 j=0第30页/共60页第三十页，共60页。图像增强图像增强(zngqing):直方图增强直方图增强(zngqing)n n直方图均衡化的技术
14、要点：直方图均衡化的技术要点：n n公理：直方图公理：直方图p(rk)p(rk)，为常数的图像对比度最好，为常数的图像对比度最好n n目标：寻找目标：寻找(xnzh(xnzh o)o)一个灰度级变换一个灰度级变换T(r)T(r)，使结果图像，使结果图像的直方图的直方图p(sk)p(sk)为一个常数为一个常数n n实现：强制认为累积分布函数实现：强制认为累积分布函数CDFCDF是我们要找是我们要找的变的变换函数换函数T(r)T(r)，n n r rn n s=T(r)=pr(w)dw 0 s=T(r)=pr(w)dw 0 r r 1 1n n 0 0第31页/共60页第三十一页，共60页。图像增
15、强图像增强(zngqing):直方图增强直方图增强(zngqing)n n直方图均衡化的技术要点(yodin)：n n公理：直方图p(rk)，为常数的图像对比度最好p(rk)nkP1P2第32页/共60页第三十二页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强n n直方图均衡化的算法实现n n累积(lij)分布函数CDF的计算n n 用累积(lij)分布函数CDF的离散形式来计算n n k kn nsk=T(rk)=p(rj)=nj/nn n j=0 j=0n n算法实现：n n1)求出灰度级变换T n n2)用T对图像进行灰度级变换第33页/共60页第三十三页，共60页。空域
16、空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强直方图增强举例：图像(t xin)f(x,y)，宽300，高100像素，偏暗2551000064第34页/共60页第三十四页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强直方图增强举例：计算(j sun)变换T T(0)=1000/3000*255=85 T(63)=T(62)+0/3000=85T(64)=(1000/3000+1000/3000)*255 =170T(254)=T(253)+0/30000=170T(255)=(1000/3000+1000/3000+1000/3000)*255=255第35页/共60页第三十五
17、页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强得到变换(binhun)函数T(0)=85.T(63)=85T(64)=170.T(254)=170T(255)=2551000255085170变换(binhun)后的图像和直方图第36页/共60页第三十六页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强问题：图像最暗处依赖于原图像0灰阶像素的个数。有偏亮的倾向(qngxing)。矫正：Xo=(Xi-85)/(255-85)*2551000255085170第37页/共60页第三十七页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强矫正(jiozhn
18、g)后变换函数为T(0)=0.T(63)=0T(64)=128.T(254)=128T(255)=25510002550128第38页/共60页第三十八页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强矫正(jiozhng)前后的比较1000255012810002550851702551000064第39页/共60页第三十九页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强 直方图均衡化的物理解释1）直方图均衡化，不改变灰度出现的次数（因为那样会改变图像的信息结构），所改变的是出现次数所对应的灰度级。k T(rk)=nj/n /*矫正后非零像素数同前 j=02）直
19、方图均衡化，力图使等长区间(q jin)内出现的像素数接近相等。（见上例）第40页/共60页第四十页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强n n直方图匹配n n算法来源背景：n n直方图均衡化的缺陷：不能用于交互方式的图像增强应用，因为直方图均衡化只能产生唯一一个结果，恒定值直方图近似n n希望通过一个指定的函数（如高斯函数）或用交互图形产生一个特定的直方图。根据(gnj)这个直方图确定一个灰度级变换T(r),使由T产生的新图像的直方图符合指定的直方图第41页/共60页第四十一页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强n n直方图匹配n n算法思想
20、：n n设：n nrk是原图像的灰度级,n nzk是符合(fh)指定直方图结果图像的灰度级n n我们的目标是：找到一个灰度级变换H,有：n nz=H(r)第42页/共60页第四十二页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强n n直方图匹配(ppi)n n算法思想：n n1)对rk、zk分别做直方图均衡化n ns=T(r)=0 pr(w)dw 0 r 1n nv=G(z)=0 pz(w)dw 0 z 1n n2)求G变换的逆变换n n z=G-1(v)第43页/共60页第四十三页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强n n直方图匹配n n算法(sun
21、 f)思想：n n3)根据均衡化的概念，s,v都是常量n n 用 s替代v有n nz=G-1(s)n n2)求G-1和T的符合变换，有：n n z=G-1(T(r)=G-1T(r)n nH=G-1T第44页/共60页第四十四页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:直方图增强直方图增强n n直方图匹配(ppi)n n算法实现：n n1）求出灰度级变换T n n2）求出灰度级变换G,同时求出逆变换G-1n n3）通过T和G-1求出复合变换Hn n4）用H对图像做灰度级变换第45页/共60页第四十五页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n彩色图像增强(zngqi
22、ng)n n在RGB模型上增强(zngqing)n n在HSI模型上增强(zngqing)第46页/共60页第四十六页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n在RGB模型上增强彩色平衡n n与色彩平衡相关的几个定义n n偏色：采样过程中，由于设备、环境的原因会造成图像的三个颜色(yns)分量不同的变换关系，使图像中所有物体的颜色(yns)偏离了其原有的真实色彩，这种现象被称为偏色。如图像的灰色部分带有了颜色(yns)。第47页/共60页第四十七页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n与色彩平衡相关的几个定义与色彩平衡相关的几个定
23、义n n灰平衡：使灰平衡：使RGBRGB彩色设备的彩色分量混合彩色设备的彩色分量混合后，颜色失去色调和饱和度产生灰色，这后，颜色失去色调和饱和度产生灰色，这种颜色混合效果被称为灰平衡，一般情况种颜色混合效果被称为灰平衡，一般情况下，等量的下，等量的RGBRGB产生灰色。产生灰色。n n色彩平衡：纠正偏色的过程叫作色彩平衡。色彩平衡：纠正偏色的过程叫作色彩平衡。n n 色彩平衡的实现，是通过调整灰平衡，色彩平衡的实现，是通过调整灰平衡，使偏色区域使偏色区域(qy)(qy)，恢复成灰色来达到的。，恢复成灰色来达到的。第48页/共60页第四十八页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强
24、彩色图像增强n n如何判断彩色图像的偏色如何判断彩色图像的偏色n n1)1)检查图像的灰平衡检查图像的灰平衡(pnghng)(pnghng)情况，即检查情况，即检查在现实中应该是灰色的物体，在图像中是否是在现实中应该是灰色的物体，在图像中是否是灰色灰色n n例如：某黑色区域的平均取值是：例如：某黑色区域的平均取值是：n nR=0 R=0，G=12 G=12，B=7 B=7 说明有青色色偏说明有青色色偏n n2)2)检查高饱和度的颜色是否正常，即检查在现检查高饱和度的颜色是否正常，即检查在现实中应该是纯色的物体，在图像中是否有偏色实中应该是纯色的物体，在图像中是否有偏色第49页/共60页第四十九
25、页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n彩色平衡实现的算法彩色平衡实现的算法(sun f(sun f)n n选择两个颜色分量选择两个颜色分量(如如GB)GB)，去匹配第三个，去匹配第三个(如如R)R)n n（1 1）在图像中选取两个浅灰或深灰区域（）在图像中选取两个浅灰或深灰区域（这这 些区域也许已经不是灰色）些区域也许已经不是灰色）n n（2 2）计算这两个域的）计算这两个域的RGBRGB平均值，获得平均值，获得 两个颜色分量的线性变换两个颜色分量的线性变换n n（3 3）将逆变换作用在图像的两个分量上，）将逆变换作用在图像的两个分量上，得得 到平衡后的新图
26、像到平衡后的新图像第50页/共60页第五十页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n彩色平衡实现彩色平衡实现(shxin)(shxin)的算法举例的算法举例n n设：在图像中选取两个浅灰或深灰区域，设：在图像中选取两个浅灰或深灰区域，并计算这两个域的并计算这两个域的RGBRGB平均值，得：平均值，得：n nR1=25 R1=25；G1=31G1=31；B1=37B1=37n n R2=75 R2=75；G2=79G2=79；B2=77 B2=77 n n调整调整GG、B B去匹配去匹配R R。从而有线性变换。从而有线性变换n nG:31(25);79(75)G:
27、31(25);79(75)n n B:37(25);77(75)B:37(25);77(75)第51页/共60页第五十一页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n彩色平衡实现的算法彩色平衡实现的算法(sun f(sun f)举例举例255312550255772557579075253725G的逆变换B的逆变换第52页/共60页第五十二页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n在在HSIHSI模型上增强模型上增强n n通过色调进行处理通过色调进行处理(ch(ch l l)n n通过亮度进行处理通过亮度进行处理(ch(ch l l)
28、n n通过颜色饱和度进行处理通过颜色饱和度进行处理(ch(ch l l)第53页/共60页第五十三页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n通过色调进行处理n n基本(jbn)思想n n将图像转换到HSI色空间n n对指定色调值H进行调整，H=H+/-hn n主要应用n n改变图像的气氛（如暖色和冷色的气氛变化，早晚气氛的变化）n n换色（对指定色调的颜色进行更换）、去色第54页/共60页第五十四页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n通过亮度进行处理n n基本思想(sxing)n n将图像转换到HSI色空间n n对指定亮度值I
29、，乘上一个调整量In nI=I*In n主要应用:n n1）我们可以通过在每个象素的亮度分量上乘一个大于1的常量（如1.3），使得图像变得更明亮，提高图像的亮度。第55页/共60页第五十五页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n主要应用主要应用:n n(2)(2)我们可以通过在每个象素的亮度我们可以通过在每个象素的亮度分量上乘一个小于分量上乘一个小于1 1的常量的常量(chngling)(chngling)（如（如0.80.8），使得图像的），使得图像的亮度降低。亮度降低。n n(3)(3)我们可以有选择地调整图像的亮我们可以有选择地调整图像的亮度，可以以色调
30、、选区作为是否进行度，可以以色调、选区作为是否进行亮度处理的根据。例如只对红色调提亮度处理的根据。例如只对红色调提高亮度。高亮度。n n(4)(4)对亮度分量进行直方图均衡化对亮度分量进行直方图均衡化第56页/共60页第五十六页，共60页。空域空域(kngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n通过颜色饱和度进行处理n n基本思想n n将图像转换到HSI色空间n n对指定亮度值S，乘上一个(y)量Sn nS=S*Sn n主要应用:n n(1)我们可以通过在每个象素的饱和度分量上乘一个(y)大于1的常量（如1.3），使得图像的颜色更为鲜明。第57页/共60页第五十七页，共60页。空域空域(k
31、ngy)增强增强:彩色图像增强彩色图像增强n n主要应用主要应用:n n(2)(2)我们可以通过在每个象素的饱和度分量我们可以通过在每个象素的饱和度分量上乘一个小于上乘一个小于1 1的常量（如的常量（如0.80.8），使得图像），使得图像的颜色的鲜明度降低。的颜色的鲜明度降低。n n(3)(3)我们可以有选择地调整我们可以有选择地调整(tiozhng)(tiozhng)图像图像的颜色饱和度，可以以色调、选区作为是否的颜色饱和度，可以以色调、选区作为是否进行饱和度处理的根据。例如只对红色调提进行饱和度处理的根据。例如只对红色调提高饱和度。高饱和度。第58页/共60页第五十八页，共60页。请提问(twn)第59页/共60页第五十九页，共60页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第60页/共60页第六十页，共60页。