空间域图像增强 (2).ppt
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1、 1 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 1 页医学图像处理医学图像处理杨阳杨阳QQQQ:328131340328131340TelTel:1872071776918720717769E-mailE-mail:yang_yang_ 2 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 2 页空间域图像增强0 03 3 3 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 3 页空间域图像增强0 03 3 4 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 4 页空间域图像增强0 03 3一、什么是图象增强?一、什么是图象增强?一、什么是图象增强?一、什么是图象增强?图像增强是要
2、突出图像中的某些信息,同时削弱或图像增强是要突出图像中的某些信息,同时削弱或去除某些不需要信息的一种处理方法,以得到对具体应去除某些不需要信息的一种处理方法,以得到对具体应用来说用来说视觉效果视觉效果更更“好好”,或更,或更“有用有用”的图像的技术。的图像的技术。5 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 5 页空间域图像增强0 03 3二、为什么要增强图象?二、为什么要增强图象?二、为什么要增强图象?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糊,图像在传输或者处理过程中会引入噪声或使图像变模糊,从而降低了图像质量,甚至淹没了特征,给分析带来了困难。从而降低
3、了图像质量,甚至淹没了特征,给分析带来了困难。原因原因图像在生成、传输或变换的过程中图像在生成、传输或变换的过程中,受光源、成像受光源、成像系统性能以及通道带宽和噪声等因素影响,往往会出现清晰系统性能以及通道带宽和噪声等因素影响,往往会出现清晰度下降、对比度偏低、动态范围不足、包含噪声等降质现象。度下降、对比度偏低、动态范围不足、包含噪声等降质现象。为提高图像质量,需要进行增强处理。为提高图像质量,需要进行增强处理。6 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 6 页空间域图像增强0 03 3 获得更获得更“好好”的图像,主要是改善图像的视觉效果,的图像,主要是改善图像的视觉效果,提高
4、图像的清晰度、对比度。提高图像的清晰度、对比度。获得更获得更“有用有用”的图像,主要是将图像转换成一种更的图像,主要是将图像转换成一种更适合于人类或机器进行分析处理的形式,以便从图像中适合于人类或机器进行分析处理的形式,以便从图像中获取更多的有用信息。获取更多的有用信息。三、目的三、目的三、目的三、目的 7 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 7 页空间域图像增强0 03 3 根据所处理的空间不同,分为根据所处理的空间不同,分为:-基于图像域的方法:基于图像域的方法:直接在图像所在的空间进行处理,有时也叫空域处理直接在图像所在的空间进行处理,有时也叫空域处理 -基于变换域的方法:
5、基于变换域的方法:在图像变换域间接进行,有时也叫频域处理在图像变换域间接进行,有时也叫频域处理 根据处理策略不同,分为:根据处理策略不同,分为:点处理、邻域处理、全图处理点处理、邻域处理、全图处理四、基本方法四、基本方法四、基本方法四、基本方法 8 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 8 页 主要内容主要内容基本灰度基本灰度变换变换直方图直方图处理处理空间滤波空间滤波背景知识背景知识 9 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 9 页 主要内容主要内容 第一部分第一部分背景知识背景知识基本灰度基本灰度变换变换直方图直方图处理处理空间滤波空间滤波1 1、空间域增强定义空间
6、域增强定义2 2、点操作点操作3 3、模板处理、模板处理 10 第一部分背景知识1空间域增强定义空间域增强定义 空间域指象素组成的空间。空间域增强是空间域指象素组成的空间。空间域增强是指增强构成图像的像素,此项技术直接作用于指增强构成图像的像素,此项技术直接作用于象素。可由下式定义:象素。可由下式定义:g(x,y)=Tf(x,y)其中其中f和和g分别是增强前后的输入和输出图象。分别是增强前后的输入和输出图象。T是对是对f的一种操作,定义在(的一种操作,定义在(x,y)的邻域上。)的邻域上。这个变换不改变象素的位置,仅仅改变象素的这个变换不改变象素的位置,仅仅改变象素的灰度灰度f(x,y)。11
7、 第一部分背景知识1空间域增强定义空间域增强定义 定义一个点定义一个点(x,yx,y)邻域的主要方法是邻域的主要方法是:邻域:中心在邻域:中心在(x,yx,y)点的正方形或矩形子点的正方形或矩形子图像,图像,子图像的中心从一个像素向另一个像素子图像的中心从一个像素向另一个像素移动,移动,TT操作应用到每一个操作应用到每一个(x,yx,y)位置得到该点位置得到该点的输出的输出g g。图像中图像中(x,yx,y)点的点的3 33 3邻域邻域 12 第一部分背景知识2点处理点处理如果变换如果变换T T仅用一个点,(即仅用一个点,(即1 11 1的邻域,单个像素)的邻域,单个像素)称称T T为点运算(
8、点处理)。为点运算(点处理)。对比度扩展技术对比度扩展技术 T(rT(r)产生两级产生两级(二值二值)图像图像,阈值函数阈值函数 13 第一部分背景知识2点处理点处理对比度增强的灰度级函数对比度增强的灰度级函数 14 第一部分背景知识3模板处理模板处理 如果变换如果变换T T用到点用到点(x,yx,y)邻域内的点,那么记变换邻域内的点,那么记变换T T为为g(x,yg(x,y)=)=T(f(x,yT(f(x,y),n)n),称为模板处理。,称为模板处理。更大的邻域有更多的灵活性,一般的方法是利用更大的邻域有更多的灵活性,一般的方法是利用点点(x,yx,y)事先定义的邻域里的一个事先定义的邻域里
9、的一个f f值的函数来决定值的函数来决定g g在在(x,yx,y)的值,主要是利用所谓的模板(也称为滤波器,的值,主要是利用所谓的模板(也称为滤波器,核,掩模)。核,掩模)。模板是一个小的模板是一个小的(3(33)3)二维阵列,二维阵列,模板的系数值模板的系数值决定了处理的性质决定了处理的性质,如图像尖锐化等。以这种方法为,如图像尖锐化等。以这种方法为基础的增强技术通常是指基础的增强技术通常是指模板处理模板处理模板处理模板处理或或空域滤波空域滤波空域滤波空域滤波。15 第一部分背景知识3模板处理模板处理w1w2w3w4w5w6w7w8w9模板模板模板模板模板系数模板系数模板系数模板系数:z1z
10、2z3 z4z5z6z7z8z9:16 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 16 页 主要内容主要内容 第二部分第二部分1 1、图像反转、图像反转2 2、对数变换、对数变换3 3、幂次变换、幂次变换4 4、分段线性变换函数、分段线性变换函数基本灰度基本灰度变换变换背景知识背景知识直方图直方图处理处理空间滤波空间滤波 17 第二部分基本灰度变换灰度变换(映射)原理灰度变换(映射)原理 将图象中的灰度值按某种规律映射成新灰度。在对于彩色图象做将图象中的灰度值按某种规律映射成新灰度。在对于彩色图象做灰度映射时应注意保持色调和饱和度相同,只改变亮度。(灰度映射时应注意保持色调和饱和度相同
11、,只改变亮度。(HSVHSV)将将f(x,yf(x,y)中的每个像素灰度按中的每个像素灰度按T T操作直接变换以得到操作直接变换以得到g(x,yg(x,y)。直接灰度映射是一种点操作。直接灰度映射是一种点操作。t0原灰度新灰度s 18 第二部分基本灰度变换灰度级变换函数灰度级变换函数s=s=T(rT(r)三种基本类型三种基本类型线性的线性的(正比或反比正比或反比)对数的对数的(对数和反对数的对数和反对数的)指数的指数的(n(n次幂和次幂和n n次方根变换次方根变换)图像反转图像反转对数变换对数变换指数变换指数变换用于图像增强的某些基本灰度变换函数用于图像增强的某些基本灰度变换函数输入灰度级输入
12、灰度级,rn次方根次方根正比正比反对数反对数反比反比对数对数n次幂次幂输输出出灰灰度度级级 19 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.1 1.1 反转变换反转变换图象求反图象求反 对图象求反是将原图象的灰度值反转。对图象求反是将原图象的灰度值反转。例如,黑底的照片变成白底的照片。设灰度例如,黑底的照片变成白底的照片。设灰度有有L L个等级。原灰度是个等级。原灰度是d d,新灰度是,新灰度是L-1-dL-1-d。L-1L-10原灰度新灰度d 20 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.1 1.1 反转变换反转变换 21 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.1 1.1 反转变换反转
13、变换适于处理适于处理增强嵌入于图像暗色区域的白色或灰色细节增强嵌入于图像暗色区域的白色或灰色细节,特别是当黑色面积占主导地位时。特别是当黑色面积占主导地位时。灰度反转灰度反转图像图像 22 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.2 1.2 线性变换线性变换原因:灰度集中在某个较小的范围(对比度低)原因:灰度集中在某个较小的范围(对比度低)原理:原理:的动态范围的动态范围 的动态范围的动态范围公式:公式:cdabcdab压缩效果拉伸效果 23 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换 为了突出感兴趣的目标或灰度区间,相对抑制为了突出感兴趣的目标或灰度区间
14、,相对抑制那些不感兴趣的灰度区间,可采用分段线性变换。那些不感兴趣的灰度区间,可采用分段线性变换。24 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换增强对比度增强对比度 增加图象的各部分的反差。例如图象落在灰度增加图象的各部分的反差。例如图象落在灰度s s1 1和和s s2 2之间的部分是感兴趣的部分,而其他的部分不之间的部分是感兴趣的部分,而其他的部分不重要。那么可以把灰度重要。那么可以把灰度s s1 1和和s s2 2之间的部分的灰度反之间的部分的灰度反差变大。差变大。1对比拉伸对比拉伸 25 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性
15、变换分段线性变换abcd1对比拉伸对比拉伸 26 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换S1S2L-10L-1扩展图像处理时灰度扩展图像处理时灰度级的动态范围。级的动态范围。1对比拉伸对比拉伸 27 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)(a)(a)变换函数的形式变换函数的形式(b)(b)低对比度图像低对比度图像(c)(c)对比度拉伸的结果对比度拉伸的结果(d)(d)门限化的结果门限化的结果1对比拉伸对比拉伸 28 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3
16、 分段线性变换分段线性变换 若大部分像素的灰阶分布在若大部分像素的灰阶分布在a,ba,b之间,小之间,小部分灰度级超出了此区域,为了改善增强效果,部分灰度级超出了此区域,为了改善增强效果,可以用如下所示的变换关系:可以用如下所示的变换关系:1对比拉伸对比拉伸 29 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换abcd1对比拉伸对比拉伸 30 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换把某部分的灰度变得突出,把某部分的灰度变得突出,提高特定灰度范围的亮度。提高特定灰度范围的亮度。2灰度切割灰度切割st 31 第二部分基本灰度变
17、换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换(a)(a)加亮加亮A,BA,B范围范围,其他灰度减小为一恒定值其他灰度减小为一恒定值(b)(b)加亮加亮A,BA,B范围范围,其他灰度级不变其他灰度级不变2灰度切割灰度切割(a)(a)(b)(b)特点:特点:突出目标的轮廓突出目标的轮廓消除背景细节消除背景细节特点:特点:突出目标的轮廓突出目标的轮廓保留背景细节保留背景细节 32 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换(c)(c)原图像原图像(d)(d)使用使用(a)(a)变换的结果变换的结果2灰度切割灰度切割(c)(c)(d)(d)(b)(b
18、)(a)(a)33 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换把数字图像分解成为位平面,(每一个位平面可以把数字图像分解成为位平面,(每一个位平面可以处理为一幅二值图像)对于分析每一位在图像中的处理为一幅二值图像)对于分析每一位在图像中的相对重要性是有用的。相对重要性是有用的。(高阶位如前(高阶位如前4 4位包含视觉上很重要的大多数数据;位包含视觉上很重要的大多数数据;其它位对图像中的更多微小细节有作用)其它位对图像中的更多微小细节有作用)3位图切割位图切割 34 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换把数字图像分解成
19、为位平面,把数字图像分解成为位平面,(每一个位平面可以(每一个位平面可以处理为一幅二值图像)处理为一幅二值图像)对于分析每一位在图像中的对于分析每一位在图像中的相对重要性是有用的。相对重要性是有用的。(高阶位如前(高阶位如前4 4位包含视觉上很重要的大多数数据;位包含视觉上很重要的大多数数据;其它位对图像中的更多微小细节有作用)其它位对图像中的更多微小细节有作用)3位图切割位图切割 35 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换例如每个象素点的灰度值用例如每个象素点的灰度值用8bit8bit表示,假如某像素表示,假如某像素点的灰度值为点的灰度值为00100
20、01000100010,分解处理如下,分解处理如下:3位图切割位图切割这样这个位置的像素,就分这样这个位置的像素,就分解成了解成了8 8部分,各部分的值部分,各部分的值转成十进制就是该点在该位转成十进制就是该点在该位平面上的灰度值。平面上的灰度值。36 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换3位图切割位图切割 37 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换3位图切割位图切割 38 第二部分基本灰度变换1线性变换线性变换1.3 1.3 分段线性变换分段线性变换在图像压缩和重建中的应用在图像压缩和重建中的应用重建:重建:
21、第第n n个个bitbit平面的每个像素平面的每个像素 ;所有所有bitbit平面相加;平面相加;3位图切割位图切割 39 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换变换函数方程为非线性的变换称为非线性变换。变换函数方程为非线性的变换称为非线性变换。突出感兴趣的区间,相对抑制不感兴趣的灰度区域。突出感兴趣的区间,相对抑制不感兴趣的灰度区域。往往以牺牲某些灰度范围的图像信息(灰度压缩),往往以牺牲某些灰度范围的图像信息(灰度压缩),换取其它灰度范围的图像信息的改善(灰度拉伸)。换取其它灰度范围的图像信息的改善(灰度拉伸)。40 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换对数拉伸对数拉伸指数拉伸指
22、数拉伸0 f(x,y)g(x,y)a对数拉伸0 f(x,y)g(x,y)a指数拉伸 41 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.1 2.1 对数变换对数变换动态范围压缩动态范围压缩 原图象的灰度范围过大,因此,需要压缩到原图象的灰度范围过大,因此,需要压缩到可以显示的灰度范围。例如可以显示的灰度范围。例如 t=C log(1+|s|)t=C log(1+|s|),C C为尺度比例常数。为尺度比例常数。st 42 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.1 2.1 对数变换对数变换使一使一窄带低灰度窄带低灰度输入图像输入图像映射为一宽带映射为一宽带输出值。输出值。可以用于可以用于扩
23、展图像中的暗像素扩展图像中的暗像素。对数变换的图像对数变换的图像(显示在一个(显示在一个8bit的系统中)的系统中)43 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.2 2.2 指数变换指数变换 幂次曲线中的幂次曲线中的 值决定了:值决定了:是把输入是把输入窄带窄带暗值映射到暗值映射到宽带宽带输出值;输出值;是把输入是把输入窄带窄带亮值映射到亮值映射到宽带宽带输出值。输出值。44 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.2 2.2 指数变换指数变换 45 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.2 2.2 指数变换指数变换应用:应用:为什么要进行为什么要进行校正?校正?几乎所有的
24、几乎所有的CRTCRT显示设备、摄像胶片、许多电子照相机显示设备、摄像胶片、许多电子照相机的光电转换特性都是非线性的。如果不进行的光电转换特性都是非线性的。如果不进行校正处理校正处理,将,将无法得到好的图像效果。无法得到好的图像效果。(伽马伽马)校正校正 46 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.2 2.2 指数变换指数变换应用:应用:光电传感器的输入输出特性:光电传感器的输入输出特性:这些非线性部件的输出与输入之间的关系可用一个这些非线性部件的输出与输入之间的关系可用一个幂函数来表示,形式为:设幂函数来表示,形式为:设CCDCCD的输入(入射光强度)的输入(入射光强度)为为r r,
25、输出(电压)为,输出(电压)为v v,则有:,则有:例如电子摄像机的输出电压与场景中光强度的关系。例如电子摄像机的输出电压与场景中光强度的关系。(伽马伽马)校正校正 47 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.2 2.2 指数变换指数变换应用:应用:校正的原理校正的原理 即在显示之前通过幂次变换将图像进行修正。整个即在显示之前通过幂次变换将图像进行修正。整个过程利用公式表示如下:过程利用公式表示如下:因此,因此,校正的关键是确定校正的关键是确定值。值。(伽马伽马)校正校正 48 第二部分基本灰度变换2非线性变换非线性变换2.2 2.2 指数变换指数变换应用:应用:实际中实际中值的确定方
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