数字图像处理第1讲图像增强的概念、灰度直方图及线性变换
如何使用数字图像处理进行图像增强和分析
如何使用数字图像处理进行图像增强和分析数字图像处理是一门涵盖计算机科学、电子工程和数学等多个学科的交叉领域，它的主要目标是改善和增强图像的质量，并从图像中提取出有用的信息。
图像增强和分析是数字图像处理的两个主要方面，本文将探讨如何使用数字图像处理技术来进行图像增强和分析。
一、图像增强图像增强是指通过改进图像的视觉效果，使其更加鲜明、清晰、易于观察和理解。
在数字图像处理中，图像增强可以通过各种算法和滤波器来实现。
1. 灰度增强灰度增强是改变图像灰度级分布以提高图像对比度的方法。
最简单的灰度增强方法是直方图均衡化，它通过将图像的像素值映射到一个均匀分布的灰度级上，从而增加图像的对比度。
另外，还有一些基于直方图的自适应灰度增强方法，它们根据图像的局部统计特性来调整像素的灰度值，以获得更好的增强效果。
2. 锐化增强锐化增强是通过增强图像的边缘和细节来提高图像的清晰度和细腻度。
常用的锐化增强方法包括拉普拉斯算子和梯度算子等。
这些方法可以检测出图像中的边缘和纹理信息，并增强它们的对比度，从而使图像更加清晰。
3. 去噪增强噪声是数字图像中常见的干扰因素，会导致图像质量下降和信息丢失。
去噪增强是通过滤波器等方法来减少图像中的噪声，并恢复原始图像的细节和信息。
常用的去噪方法包括中值滤波、均值滤波和小波去噪等。
二、图像分析图像分析是从图像中提取和分析有用信息的过程，旨在理解图像的内在结构和内容。
图像分析在许多领域具有广泛的应用，如医学图像分析、目标检测与识别、图像分类与标注等。
1. 特征提取特征提取是图像分析中的重要步骤，它是指从图像中提取出能够描述图像内容和结构的数学特征。
常用的特征包括纹理特征、颜色特征、形状特征等。
特征提取可以通过滤波器、变换和统计方法等来实现，提取到的特征可用于图像分类、目标检测和识别等任务。
2. 目标检测与识别目标检测与识别是图像分析中的重要任务，它是指从图像中自动识别和定位感兴趣的目标物体。
数字图像处理中的图像增强技术
数字图像处理中的图像增强技术数字图像处理技术是一门综合性的学科，涵盖了图像获取、存储、传输、分析、识别和处理等多个方面。
其中，图像增强技术是非常重要的一环，它可以提高图像的质量和清晰度，从而更好地为人类的观察和分析服务。
图像增强是指利用数字图像处理技术，对原始图像进行处理操作，以改善图像的质量和特征的一种技术。
其中，常用的图像增强技术包括直方图均衡化、空间域滤波、频域滤波、非线性滤波、小波变换等多种方法。
一、直方图均衡化直方图均衡化是一种常用的图像增强技术，它可以改善图像的亮度和对比度。
其原理是将原图像的灰度直方图进行变换，使得原本集中在某一区域的灰度值分散到整个图像上，从而增强图像的细节。
直方图均衡化对于灰度分布比较均匀的图像效果更好，但对于灰度分布不均匀的图像效果可能不如其他方法。
二、空间域滤波空间域滤波是一种通过在图像的空间域中进行像素值的操作，以改善图像质量的方法。
其主要思想是通过对邻域像素值的加权平均或其他运算，来进行图像的滤波操作。
其中，常用的空间域滤波方法包括均值滤波、中值滤波、高斯滤波、李媛滤波等。
这些方法都可以用来平滑图像、去噪或增强图像的细节，但不同方法的效果和适用范围不同。
三、频域滤波频域滤波是一种利用图像的频域信息来进行图像增强的方法。
它利用傅里叶变换或小波变换等变换将图像从时域转换到频域，从而可以更好地分析图像的频谱信息。
在频域上，可以进行各种滤波操作，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等，从而对图像进行增强。
不过，频域滤波操作非常耗时，对于大规模图像来说，可能会遇到计算量过大的问题。
四、非线性滤波非线性滤波是一种通过非线性操作改善图像质量的方法，其主要思想是通过对图像的局部像素进行运算，消除或加强图像的一些特征。
其中，最广泛使用的是中值滤波，它能够有效地去除图像中的噪声，并保持图像边缘的清晰度。
除此之外，还有一些非线性滤波方法，如自适应中值滤波、漂移滤波、边缘保护滤波等，它们可以根据不同的应用场景，针对不同的图像特征进行优化。
数字图像处理中的图像增强技术
数字图像处理中的图像增强技术数字图像处理是指通过计算机对图像进行处理和分析的一门学科。
图像增强技术是数字图像处理中的一个重要分支，它旨在改善图像的视觉质量，使图像更加清晰、鲜明和易于观察。
本文将介绍几种常见的图像增强技术，并探讨其原理和应用。
一、直方图均衡化直方图均衡化是一种常用的图像增强技术，它通过对图像像素的灰度值进行重新分配，使得图像的灰度分布更加均匀。
其基本原理是将原始图像的灰度直方图变换为均匀分布的直方图，从而增强图像的对比度和细节。
直方图均衡化可以应用于各种图像类型，包括黑白图像和彩色图像。
二、空间滤波空间滤波是一种基于像素邻域的图像增强技术，它通过对图像的像素进行加权平均或非线性处理，来改善图像的质量。
常见的空间滤波算法包括均值滤波、中值滤波和高斯滤波等。
均值滤波可以有效地降低图像的噪声，中值滤波可以去除图像中的椒盐噪声，而高斯滤波可以平滑图像并增强图像的边缘。
三、锐化增强锐化增强是一种通过增强图像的边缘和细节来改善图像质量的技术。
常见的锐化增强算法包括拉普拉斯算子和梯度算子等。
拉普拉斯算子可以提取图像中的高频信息，从而增强图像的边缘和细节。
梯度算子可以计算图像中每个像素的梯度值，从而增强图像的边缘和纹理。
四、多尺度变换多尺度变换是一种通过对图像进行多尺度分解和重建来实现图像增强的技术。
常见的多尺度变换算法包括小波变换和金字塔变换等。
小波变换可以将图像分解为不同频率的子带，从而提取图像的局部细节和全局结构。
金字塔变换可以将图像分解为不同分辨率的图像，从而实现图像的多尺度分析和增强。
五、颜色增强颜色增强是一种通过调整图像的颜色分布和色彩饱和度来改善图像质量的技术。
常见的颜色增强算法包括直方图匹配和色彩平衡等。
直方图匹配可以将图像的颜色分布转换为指定的目标分布，从而增强图像的色彩对比度和饱和度。
色彩平衡可以调整图像的色调、亮度和对比度，从而改善图像的整体视觉效果。
总结起来，数字图像处理中的图像增强技术有直方图均衡化、空间滤波、锐化增强、多尺度变换和颜色增强等。
数字图像处理图像增强第一讲及灰度变换
应该明确的是增强处理并不能增强原始图像 的信息，其结果只能增强对某种信息的辨别能 力，而这种处理有可能损失一些其他信息。
图像增强是数字图像处理的基本内容之一。
图像增强示例
概述
图像增强技术是一大类基本的图像处理技术， 其目的是对图像进行加工，以得到对具体应 用来说视觉效果更“好”、更“有用”的图 像。
利用映射函数可将原始图像中每个像素的灰度 都映射到新的灰度.
左图增加对比度 右图降低对比度
直接灰度变换
直接灰度变换属于所有图像增强技术中最简单的一类。 为了将图像灰度级的整个范围或一段范围扩展或压缩到记
录或显示设备的动态范围内，可使图像动态范围增大，图 像对比度扩展。 使图像变得清晰/图像上的特征变得明显。
s L 1t
此方法适用于增强嵌入于图像暗色区域的白色或灰色细节, 特别是黑色面积在尺寸上占主导低位时。
15
直接灰度变换
2.线性灰度变换
灰度线性变换表示对输入图像灰度作线性扩张或压缩， 映射函数为一个直线方程，其表达式和演示控件如下：
gx, y af x, y b
增强的对象：
在曝光不足或过度的情况下，图像灰度可能会局限在一 个很小的范围内。这时在显示器上看到的将是一个模糊不 清、似乎没有灰度层次的图像。采用灰度线性变换方法可 以拉伸灰度动态范围，使图像清晰。
1、如果S1=t1，S2=t2，则T为1条斜率为1的直线，增强图 像和原图像相同。
2、如果S1=S2，t1=L-1，则增强图像只剩2个灰度级，此时 对比度最大但细节全丢失。
3、如果S1>t1，S2<t2，则原图像中灰度值在0到S1和S2到 L-1间的动态范围减少了，而原图中灰度值在S1和S2间的动 态范围增加了，从而增强了中间范围内的对比度。
图像增强-数字图像处理
图像增强
2.图像噪声的特点 (1)噪声在图像中的分布和大小不规则,即具有随机性。 (2)噪声与图像之间一般具有相关性。 (3)噪声具有叠加性。
图像增强
3.3.2 模板卷积 模板操作是数字图像处理中常用的一种邻域运算方式,
灰度变换就是把原图像的像素灰度经过某个函数变换成 新图像的灰度。常见的灰度变换法有直接灰度变换法和直方 图修正法。直接灰度变换法可以分为线性变换、分段线性变 换以及非线性变换。直方图修正法可以分为直方图均衡化和 直方图规定化。
图像增强
3.1.1 线性变换 假定原图像f(x,y)的灰度范围为[a ,b],希望变换后图像
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图像增强
例如,假定一幅大小为64×64、灰度级为8个的图像,其灰 度分布及均衡化结果如表3-1 所示,均衡化前后的直方图及变 换用的累积直方图如图3-10所示,则其直方图均衡化的处理 过程如下。
图像增强
图像增强 由式(3-12)可得到一组变换函数:
依此类推:s3=0.81,s4=0.89,s5=0.95,s6=0.98,s7=1.0。变换函 数如图3-10(b)所示。
图像增强
１
图像增强
图3-1 灰度线性变换
图像增强
图3-2 灰度线性变换示例
图像增强
3.1.2 分段线性变换 为了突出感兴趣的灰度区间,相对抑制那些不感兴趣的
灰度区间,可采用分段线性变换。常用的3段线性变换如图33所示,L 表示图像总的灰度级数,其数学表达式为
图像增强
图3-3-分段线性变换
图像增强
设r 为灰度变换前的归一化灰度级(0≤r≤1),T(r)为变换函 数,s=T(r)为变换后的归一化灰度级(0≤s≤1),变换函数T(r)满足 下列条件:
数字图像处理实验报告-线性灰度变换-图像几何变换-频域图像增强技术-图像分割
线性灰度变换一、实验目的1结合实例学习如何在视频显示程序中增加图像处理算法；2理解和掌握图像的线性变换和直方图均衡化的原理和应用；3了解平滑处理的算法和用途，学习使用均值滤波、中值滤波和拉普拉斯锐化进行图像增强处理的程序设计方法；4 了解噪声模型及对图像添加噪声的基本方法。
二、实验原理1 灰度线性变换就是将图像中所有点的灰度按照线性灰度变换函数进行变换。
)],([),(y x f T y x g =⎪⎩⎪⎨⎧<≤+-<≤+-≤≤=255),(]),([),( ]),([),(0 ),(),(y x f b g b y x f b y x f a g a y x f a y x f y x f y x g b a γβαn y m x ,2,1 ,,,2,1==2 直方图均衡化通过点运算将输入图像转换为在每一级上都有相等像素点数的输出图像。
按照图像概率密度函数PDF 的定义：1,...,2,1,0 )(-==L k nn r p k k r 通过转换公式获得：1,...,2,1,0 )()(00-====∑∑==L k n n r p r T s k j k j j j r k k3 均值（中值）滤波是指在图像上，对待处理的像素给定一个模板，该模板包括了其周围的临近像素。
将模板中的全体像素的均值（中值）来代替原来像素值的方法。
4 拉普拉斯算子如下：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--------111181111 拉普拉斯算子首先将自身与周围的8个像素相减，表示自身与周围像素的差异，再将这个差异加上自身作为新像素的灰度。
三、实验步骤1 启动MATLAB 程序，对图像文件分别进行灰度线性变换（参考教材57页，例4.1）、直方图均衡化（参考教材64页，例4.6）、均值滤波（参考教材69页，例4.9）、中值滤波（参考教材73页，例4.11）和梯度锐化操作（参考教材76页，例4.12）。
添加噪声，重复上述过程观察处理结果。
《数字图像处理》课程教学大纲
数字图像处理课程教学大纲课程简介数字图像处理是计算机科学与技术领域的一门重要课程，它研究如何使用计算机和算法来处理和分析数字图像。
本课程旨在介绍数字图像处理的基本原理、方法和应用，并培养学生的图像处理能力和技巧。
课程目标本课程的主要目标是让学生掌握数字图像处理的基本理论和方法，具备图像处理算法设计、图像增强、图像分割、图像压缩等技术的基本能力。
同时，通过实践项目的实施，培养学生的问题解决能力和团队合作能力。
课程安排第一周：课程介绍与基本概念•课程介绍•数字图像的基本概念与特点•数字图像处理的基本步骤第二周：图像预处理•图像采集与获取•图像灰度变换•图像噪声模型与去噪方法第三周：图像增强•直方图均衡化•空域滤波与频域滤波•边缘增强与锐化第四周：图像压缩•图像压缩的基本概念与方法•离散余弦变换（DCT）与JPEG压缩算法•小波变换与JPEG2000压缩算法第五周：图像分割与边缘检测•阈值分割•基于边缘的图像分割•基于区域的图像分割第六周：实践项目1 - 图像识别•项目需求分析与设计•图像特征提取与选择•分类器的训练与测试第七周：实践项目2 - 图像恢复•项目需求分析与设计•图像模型与图像去模糊•图像去噪与图像修复第八周：实践项目3 - 图像处理工具开发•项目需求分析与设计•图像处理算法的实现•图形界面设计与用户交互评估方式•平时成绩：30%•作业与实验报告：30%•期末考试：40%参考教材•Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. 数字图像处理（第三版）. 清华大学出版社，2018.•Richard Szeliski. 计算机视觉：算法与应用. 电子工业出版社，2014.参考资源•MATLAB图像处理工具箱文档•OpenCV计算机视觉库官方文档以上是《数字图像处理》课程的教学大纲，希望通过本门课程的学习，能够让学生对数字图像处理有一个全面的了解，并具备实践应用的能力。
图像增强—灰度变换及直方图均衡化试验目的试验原理及知识点
图像增强—灰度变换及直方图均衡化一、实验目的1、了解图像增强的目的及意义，加深对图像增强的感性认识，巩固所学理论知识。
2、掌握直接灰度变换的图像增强方法。
3、掌握灰度直方图的概念及其计算方法；4、掌握直方图均衡化的计算过程；二、实验原理及知识点1、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，消弱或去除某些不需要的信息的处理方法。
其主要目的是处理后的图像对某些特定的应用比原来的图像更加有效。
图像增强可以在空间域中执行，也可以在变换域中执行。
2、空间域指的是图像平面本身，在空间域内处理图像是直接对图像的像素进行处理。
空间域处理方法分为两种：灰度级变换、空间滤波。
空间域技术直接对像素进行操作，其表达式为g(x,y)=T[f(x,y)]其中f(x,y)为输入图像，g(x,y)为输出图像，T是对图像f进行处理的操作符，定义在点(x,y)的指定邻域内。
定义点(x,y)的空间邻近区域的主要方法是，使用中心位于(x,y)的正方形或长方形区域。
此区域的中心从原点(如左上角)开始逐像素点移动，在移动的同时，该区域会包含不同的邻域。
T应用于每个位置(x,y)，以便在该位置得到输出图像g。
在计算(x,y)处的g值时，只使用该领域的像素。
2、灰度变换T的最简单形式是使用领域大小为1×1，此时,(x,y)处的g值仅由f在该点处的亮度决定，T也变为一个灰度变换函数。
由于灰度变换函数仅取决于亮度的值，而与(x,y)无关，所以亮度函数通常可写做如下所示的简单形式：s=T(r)其中，r表示图像f中相应点(x,y)的亮度，s表示图像g中相应点(x,y)的亮度。
灰度拉伸又叫对比度拉伸是最基本的一种灰度变换，使用简单的分段线性变换函数，可以提高灰度的动态范围，适用于低对比度图像的处理，增强对比度。
3、直方图是多种空间城处理技术的基础。
直方图操作能有效地用于图像增强。
除了提供有用的图像统计资料外，直方图固有的信息在其他图像处理应用中也是非常有用的，如图像压缩与分割。
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第3章 图像增强
3.2 空域增强
不同亮度图像的灰度直方图：
第3章 图像增强
3.2 空域增强
直方图的性质：
➢ 直方图是一幅图像中各象素灰度值出现次数(或频数)的统计结果，它 只反映该图像中不同灰度值出现的次数(或频数)，而未反映每一灰度值 象素所在位置。也就是说，它只包含了该图像中某一灰度值的象素出现 的概率，而丢失了其所在位置的信息。
3.2 空域增强 灰度变换：
第3章 图像增强
3.2 空域增强
灰度线性变换(反色)：来自第3章 图像增强3.2 空域增强
灰度线性变换(反色)：
数字图像处理
数字图像处理
第3章 图像增强
3.2 空域增强
灰度线性变换(对比度扩展)：
第3章 图像增强
3.2 空域增强
灰度线性变换(灰度切分)：
第3章 图像增强
3.1 引言
图像增强处理技术基本上可以分成两大类，一类是空 域处理方法,一类是频域处理方法。空域法是直接对图像 中的像素进行处理，基本上是以灰度映射(mapping)变换 为基础的，所用的映射变换取决于增强的目的。例如增加 图像的对比度(contrast)，改善图像的灰度层次等处理均 属空域法处理。频域处理方法的基础是卷积定理 (convolution theorem)，它采用修改图像傅立叶变换的方 法实现对图像的增强处理。
第3章 图像增强
第1讲 图像增强的概念、灰度直方图及线性变换
演示文稿说明： 本讲内容以板书为主，ppt 演示为辅； 本讲部分图片来自冈萨雷斯的数字图像处理(英文版)教材。
第3章 图像增强
3.1 引言 3.2 空域增强 3.3 频域增强 3.4 彩色增强
第3章 图像增强
3.1 引言
图像增强(Image enhancement)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(weaken)或去除(eliminate)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。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，并且 这种处理有可能损失一些其它信息。
➢ 任一幅图像，都能唯一地算出一幅与它对应的直方图，但不同的图像， 可能有相同的直方图。也就说，图像与直方图之间是一种多对一的映射 关系。
➢ 由于直方图是对具有相同灰度值的象素统计计数得到的，因此，一 幅图像各子区的直方图之和就等于该图全图的直方图。
第3章 图像增强
3.2 空域增强
第3章 图像增强
第3章 图像增强
3.1 引言
线性 点运算
图像平滑 图像锐化
空域增强
邻域运算
几何变换
非线性： 中值滤波等
彩色增强
频域增强(滤波)：高通、低通、带通、帯阻等
第3章 图像增强
3.2 空域增强
灰度直方图：对一幅数字图像，若对应于每－灰度值， 统计出具有该灰度值的象素数，并据此绘出象素数-灰度值 图形，则该图形称该图像的灰度直方图，简称直方图。直方 图是以灰度值作横坐标，象素数作纵坐标。有时直方图亦采 用某一灰度值的象素数占全图总象素数的百分比（即某一灰 度值出现的频数）作为纵坐标。