利用基本灰度变换对图像进行增强
第五章 遥感图像处理—图像增强
特征；其余三个分量与地物特征没有明确的对应关系。
七、多元信息复合
遥感图像信息融合(Fusion)是将多源遥感数据在统一的 地理坐标系中，采用一定的算法生成一组新的信息或合
其中：
k ( g 'max g 'min ) /( gmax gmin ) 255/ 52 4.9
b g 'ij kgij 0 49 49
2、非线性拉伸
（1）指数变换
xb be
（2）对数变换
axa
c
xb b度进行分层，每一层所包含的亮度值范围可以不
同。
图像密度分割原理可以按如下步骤进行：
（1）求图像的极大值dmax和极小值dmin； （2）求图像的密度区间ΔD = dmax-dmin + 1； （3）求分割层的密度差Δd =ΔD／n ，其中 n为需分割的层数；
（4）求各层的密度区间；
（5）定出各密度层灰度值或颜色。
减法运算可以增加不同地物间光谱反射率以及在 两个波段上变化趋势相反时的反差。不同时相同 一波段图像相减时，可以提取波段间的变化信息。
T M 4 影 像
T M 3 影 像
TM4-TM3影像
87 年 影 像
92 年 影 像 变化监测结果影像
（二）加法运算
B= i /m
i=1 m
加法运算可以加宽波段，如绿色波段和红色波 段图像相加可以得到近似全色图像；而绿色波 段，红色波段和红外波段图像相加可以得到全 色红外图像。
-1 -2 -1 0 0 0 1 2 1 1 2 0 -2 1 0 -1
简述直方图均衡化的基本原理。
简述直方图均衡化的基本原理。
直方图均衡化是一种对图像进行处理的技术，它可以改变图像的明暗效果，增强图像的对比度。
它是一种把图像的灰度分布改变的形式，一种以灰度调整为基础的图像处理技术，也可以称为“灰度变换”。
直方图均衡化的基本原理是利用直方图解析处理图像中的灰度值，使图像变得更加标准化。
它会把图像的灰度分布从原有的偏高或偏低的值，归一化为一个新的更平均的灰度范围，从而提高图像的对比度。
直方图均衡化的基本步骤是：首先，利用灰度直方图，计算图像中每一个灰度值出现的次数，把灰度值表示为概率函数。
然后，根据概率函数计算每一个灰度值对应的累计概率分布函数，对累计概率分布函数进行处理，把每一个灰度值映射到一个新的灰度值上，生成一张新的灰度图像。
直方图均衡化的一个关键应用就是它可以有效地处理图像的曝光不均的问题，例如，当一张图片带有曝光过度的区域时，直方图均衡化可以调整灰度分布，使这些区域亮度变得更均匀，从而改善图像的质量。
另外，直方图均衡化可以有效改善彩色图像的色彩细节，因为在调整灰度分布的同时，也可以调整图像的亮度、饱和度和色调等方面的参数，即使是差的图片也可以令彩色图像看起来更加自然和活力。
尽管直方图均衡化有许多好处，但也有一些不足之处。
首先，它的处理效果有限，因为它无法真正解决图像中特定信号的可操作性问题；其次，它只能用于灰度图像，对于彩色图像，效果不是很好；最后，由于它会增强图像的对比度，所以会使图像中的噪声变得更加明显，会降低图像的质量。
由此可见，直方图均衡化能够改善图像的质量，同时它也有一些局限性。
在实际应用中，我们可以根据实际需要，结合多种图像处理技术，比如图像的缩放、裁剪、色彩校正，利用直方图均衡化的优势，达到更好的处理效果。
如何进行高效的图像增强和降噪
如何进行高效的图像增强和降噪图像增强和降噪是数字图像处理中的重要任务之一。
它们的目的是改善图像的视觉质量和可视化细节，并消除图像中的不必要的噪声。
在本文中，我将介绍一些常用的图像增强和降噪技术，以及一些实现这些技术的高效算法。
一、图像增强技术1.灰度变换：灰度变换是一种调整图像亮度和对比度的常用技术。
它可以通过改变灰度级来增加图像的对比度和动态范围，提高图像的视觉效果。
2.直方图均衡化：直方图均衡化是通过重新分配图像灰度级来增加图像对比度的一种方法。
它通过改变图像的直方图来增强图像的细节和对比度。
3.双边滤波：双边滤波是一种能够保留图像边缘信息，同时消除噪声的滤波技术。
它能够通过平滑图像来改善图像的质量，同时保持图像的细节。
4.锐化增强：锐化增强是一种通过增加图像的高频分量来提高图像的清晰度和细节感的方法。
它可以通过增加图像的边缘强度来突出图像的边缘。
5.多尺度增强：多尺度增强是一种通过在多个尺度上对图像进行增强来提高图像视觉质量的方法。
它可以通过提取图像的不同频率分量来增强图像的细节和对比度。
二、图像降噪技术1.均值滤波：均值滤波是一种常见的降噪方法，它通过将像素值替换为其周围像素的均值来减少噪声。
然而，它可能会导致图像的模糊，特别是在对边缘等细节进行处理时。
2.中值滤波：中值滤波是一种基于排序统计理论的降噪方法，它通过将像素值替换为其周围像素的中值来消除噪声。
相比于均值滤波，中值滤波能够在去除噪声的同时保留图像的边缘细节。
3.小波降噪：小波降噪是一种利用小波变换的降噪方法，它在时频域上对图像进行分析和处理。
它能够通过消除噪声的高频分量来降低图像的噪声水平。
4.非局部均值降噪：非局部均值降噪是一种通过将像素值替换为与其相似的像素均值来减少噪声的方法。
它能够通过比较像素的相似性来区分图像中的噪声和细节，并有选择地进行降噪。
三、高效实现图像增强和降噪的算法1.并行计算：利用并行计算技术，如GPU加速、多线程等，在处理图像增强和降噪算法时，可以提高计算效率和算法的实时性。
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。
灰度对数变换
灰度对数变换
灰度对数变换是一种在数字图像处理中广泛使用的图像增强技术，它
可以通过对图像的灰度进行变换来实现对图像质量的提升。
在灰度对
数变换中，图像的灰度值被转换为对数空间中的值，从而达到增强图
像的目的。
灰度对数变换的具体步骤如下：
1. 将图像的灰度范围限定在0到1之间，这可以通过将灰度值除以255来实现。
2. 对图像的灰度进行对数变换，具体公式为s = c*log(1+r)，其中，s 表示转换后的灰度值，r表示原始灰度值，c为常数。
3. 将灰度值范围恢复到0到255之间，这可以通过将转换后的灰度值乘以255来实现。
通过灰度对数变换，可以使得图像中低灰度值区域的对比度得到增加，从而使得图像的细节更加突出。
同时，由于该技术能够有效抑制噪声，因此在图像增强中应用非常广泛，例如在医学影像领域中常用于增强
X光图像的细节。
需要注意的是，灰度对数变换的常数c需要根据具体应用的图像进行选择。
在选择c值时，应该考虑到灰度级数的大小、灰度对数变换的灵敏度以及应用后图像的亮度和对比度等因素。
总之，灰度对数变换是一种简单而有效的图像增强技术。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的常数c值，从而能够达到目标效果。
同时，需要注意该技术的局限性，例如对于梯度较强的图像，可能需要采用其他增强技术。
图像灰度变换 原理
图像灰度变换原理
图像灰度变换是一种图像处理的方法，通过改变图像的灰度级别来增强或调整图像的显示效果。
其原理是对图像中的每个像素点进行灰度级别的转换。
常用的灰度变换函数有线性灰度变换、非线性灰度变换和直方图均衡化。
线性灰度变换是指通过线性映射将原图像的灰度级别转换为新的灰度级别。
常见的线性灰度变换函数有平移、缩放和对比度调整。
平移是将当前灰度级别加上一个偏移量，从而改变整个图像的亮度。
缩放是将灰度级别乘上一个缩放因子，从而调整图像的对比度。
对比度调整是通过同时进行平移和缩放，改变图像的亮度和对比度。
非线性灰度变换是指通过非线性函数将原图像的灰度级别转换为新的灰度级别。
常见的非线性灰度变换函数有幂律变换和对数变换。
幂律变换是通过对原图像的每个像素点进行幂次运算，从而调整图像的亮度和对比度。
对数变换是将原图像的灰度级别取对数，从而改变图像的亮度和对比度。
直方图均衡化是一种将原图像的灰度级别映射到均匀分布的灰度级别上的方法。
其原理是通过计算原图像的灰度直方图，并根据直方图进行灰度级别的重新分布。
这样可以增强图像的对比度和细节，并改善图像的视觉效果。
通过灰度变换，可以调整图像的亮度、对比度、色彩等特性，从而改善图像的视觉效果、增强图像的细节和信息。
在图像处
理和计算机视觉领域，灰度变换是一种常用的图像增强和预处理方法。
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:
灰度变换算法原理
灰度变换算法原理
灰度变换是一种将图像的灰度级进行适当调整的方法，可以改善图像的对比度和亮度。
灰度变换的基本原理是将输入图像的每个像素点的灰度级通过某种函数进行映射转换，并得到输出图像的像素灰度级。
常用的灰度变换函数有线性变换、非线性变换和直方图均衡化等。
1. 线性变换：
线性变换是灰度变换中最简单的一种方法。
它通过一个线性函数将输入图像的灰度级映射到输出图像的灰度级。
线性变换的数学表达式为：
g(x,y) = a*f(x,y) + b
其中，g(x,y)为输出图像的像素灰度级，f(x,y)为输入图像的像素灰度级，a和b为常数。
2. 非线性变换：
非线性变换是通过非线性函数将输入图像的灰度级映射到输出图像的灰度级。
非线性变换可以对输入图像的不同灰度级进行不同的映射处理，从而调整图像的对比度和亮度。
常用的非线性变换函数有幂次变换、对数变换和指数变换等。
3. 直方图均衡化：
直方图均衡化是一种通过对输入图像的直方图进行变换，从而使得输出图像具有更均匀的灰度分布的方法。
通过直方图均衡化，可以增强图像的对比度，使得图像中细节更加清晰。
直方图均衡化的基本原理是将输入图像的累计分布函数映射到均匀
分布，使得输出图像的直方图近似均匀。
总结起来，灰度变换算法原理是通过对输入图像的灰度级进行适当调整，使用线性变换、非线性变换，或者直方图均衡化等方法，从而改变输出图像的灰度级，达到调整图像对比度和亮度的目的。
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3 利用基本灰度变换对图像进行增强
灰度变换原理：灰度变换是一种空域处理方法,其本质是按一定的规则修改每个像素的灰度,从而改变图像的动态范围实现期望的增强效果。
灰度变换按映射函数可分为线性、分段线性和非线性等多种形式。
3.1 线性灰度变换
线性灰度变换是将输入图像灰度值的动态范围按线性关系公式拉伸扩展至指定范围或整个动态范围。
可突出感兴趣目标，抑制不感兴趣的目标。
在实际运算中,原图像f(x,y)的灰度范围为[a,b],使变换后图像g(x,y)的灰度扩展为[c,d],则采用下述线性变换来实现:
c a y x f a
b c
d y x g +---=]),([),(
线性灰度变换对图像每个灰度范围作线性拉伸,将有效地改善图像视觉效果。
源代码如下：
1、利用灰度调整函数变换图像
A=imread('e:\7.tif','tif'); %读入图像 B=imadjust(A,[0.1,0.8],[0,1]); %灰度调整 imwrite(B,'E:\ 1.tif'); %图像保存
subplot(2,2,1);imshow(A); %显示调整前后图像及其直方图 subplot(2,2,2);imhist(A); subplot(2,2,3);imshow(B); subplot(2,2,4);imhist(B);
0100200
500
1000
0100200
500
1000
2、利用灰度调整算法变换图像
clear;
a=60; %图像变换参数设定
b=180;
c=0;
d=255;
A=imread('pout.tif','tif'); %读入图像
[m,n]=size(A);
A=double(A);
for i=1:1:m %灰度调整
for j=1:1:n
if (A(i,j)>=a)&(A(i,j)<b)
B(i,j)=(A(i,j)-a)*(d-c)/(b-a)+c;
end
end
end
uint8(A); uint8(B);
imwrite(B,'E:\2.tif'); %图像保存
subplot(2,2,1); imshow(A); %显示调整前后图像及其直方图subplot(2,2,2); imhist(A);
subplot(2,2,3); imshow(B); subplot(2,2,4);
imhist(B);
100
200
0500
1000
100
200
02000
40006000
8000
3.2 分段线性灰度变换
为了突出图像中感兴趣的研究对象,常常要求局部拉伸某一范围的灰度值,或对不同范围的灰度值进行不同拉伸处理,即分段线性拉伸,数学表达式如下:
⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎪⎨⎧≤<+---≤<+---≤≤=Mf y x f b d
b y x f b Mf d
Mg b y x f a c a y x f a b c
d a y x f y x f a c
y x g ),(]),([),(]),([),(0)
,(),(
源代码如下： clear;
a=80; %图像变换参数设定
b=160;
Mf=255;
c=50;
d=200;
Mg=255;
A=imread('pout.tif','tif'); %读入图像
[m,n]=size(A);
A=double(A);
for i=1:1:m %灰度调整
for j=1:1:n
if A(i,j)<a
B(i,j)=(c/a)*A(i,j);
elseif (A(i,j)>=a)&(A(i,j)<b)
B(i,j)=(A(i,j)-a)*(d-c)/(b-a)+c;
else
B(i,j)=(A(i,j)-b)*(Mg-d)/(Mf-b)+d;
end
end
end
uint8(A); uint8(B);
imwrite(B,'E:\3.tif'); %图像保存
subplot(2,2,1); imshow(A); %显示调整前后图像及其直方图subplot(2,2,2); imhist(A);
subplot(2,2,3); imshow(B);
subplot(2,2,4); imhist(B);
0100
200
0500
1000
100
200
02000
40006000
8000
3.3 非线性灰度变换
非线性灰度变换在整个灰度范围内采用统一的变换函数,利用变换函数的数学性质实现对不同灰度值区间的扩展和压缩。
1、对数扩展。
对数变换常用来扩展低值灰度,压缩高值灰度,这样可以使低值灰度的图像细节更容易看清,从而达到增强的效果。
还可使图像灰度分布与人视觉特性相匹配。
其具体形式为: ]1),(ln[),(+=y x f c y x g
式中:[f(x,y)+1]是为了避免对零求对数;C 为尺度比例系数,用于调节动态范围。
源代码如下： clear;
A=imread('pout.tif','tif'); %读入图像 B=log(A+1); %灰度调整 imwrite(B,'e:\4.tif'); %图像保存
subplot(2,2,1); imshow(A); %显示调整前后图像及其直方图 subplot(2,2,2); imhist(A);
subplot(2,2,3); imshow(B); subplot(2,2,4); imhist(B);
2、指数扩展。
指数扩展的基本形式为: 1),(]),([-=-a y x f c b y x g
式中:a 为可以改变曲线的起始位置;c 为可以改变曲线的变化速率,指数扩展可以对图像的高亮度进行大幅扩展。
源代码如下： clear;
a=0.45; %图像变换参数设定 b=255; c=255;
A=imread('pout.tif','tif'); [m,n]=size(A); B=im2double(A); for i=1:1:m for j=1:1:n
B(i,j)=uint8(b^(c*(B(i,j)-a))-1); end end
imwrite(B,'E:\4.tif'); %图像保存
subplot(1,2,1); imshow(D); %显示调整前后图像及其直方图 subplot(1,2,2); imhist(D);。