杨凯-2010010739-图像增强方法的研究.doc

皖 西 学 院 论 文 题 目 图像增强的方法研究 姓名（学号） 杨凯（2010010739） 系 别 机械与电子工程学院 专 业 电子信息科学与技术 导 师 姓 名 孔敏 二 〇 一 三年 十 一月 图像增强的方法研究 数字图像处理是指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对其进行处理的过程。在图像处理中，图像增强技术对于提高图像的质量起着重要的作用。本文先对图像增强的原理以及各种增强方法进行概述，然后着重对灰度变换、直方图均衡化、平滑和锐化等几种常用的增强方法进行了深入的研究。 1 图像增强的基本理论 1.1 课题研究的意义 随着电子计算机技术的进步，计算机图像处理近年来得到飞跃的发展，已经成功的应用于几乎所有与成像有关的领域，并正发挥着相当重要的作用。它利用计算机对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期的结果。对图像进行处理时，经常运用图像增强技术以改善图像的质量。 1.2 数字图像基本概念 1.2.1 数字图像的表示 图像并不能直接用计算机来处理，处理前必须先转化成数字图像。早期一般用picture代表图像，随着数字技术的发展，现在都用image代表离散化了的数字图像。 由于从外界得到的图像多是二维（2-D）的，一幅图像可以用一个2-D数组表示。这里x和y表示二维空间XY中一个坐标点的位置，而f则代表图像在点的某种性质数值。为了能够用计算机对图像进行处理，需要坐标空间和性质空间都离散化。这种离散化了的图像都是数字图像，即都在整数集合中取值。图像中的每个基本单元称为图像的元素，简称像素[3]。 1.2.2 图像的灰度 常用的图像一般是灰度图，这时f表示灰度值，反映了图像上对应点的亮度。亮度是观察者对所看到的物体表面反射光强的量度。作为图像灰度的量度函数应大于零。人们日常看到的图像一般是从目标上反射出来的光组成的，所以可看成由两部分构成：入射到可见场景上光的量；场景中目标对反射光反射的比率。确切地说它们分别称为照度成分和反射成分。与和都成正比，可表示成＝×。 将二维坐标位置函数称为灰度。入射光照射到物体表面的能量是有限的，并且它永远为正，即0；反射系数为0时，表示光全部被物体吸收，反射系数为1时，表示光全部被物体反射，反射系数在全吸收和全反射之间，即01。因此图像的灰度值也是非负有界的。 1.2.3 灰度直方图 灰度直方图是数字图像处理中一个最简单、最有用的工具，它反映了数字图像中每一灰度级与其出现频率之间的统计关系。可以有针对性地通过改变直方图的灰度分布状况，使灰度均匀地或按预期目标分布于整个灰度范围空间，从而达到图像增强的效果。 灰度直方图是灰度值的函数，描述的是图像中具有该灰度值的像素的个数，如图1所示，（b）为图像（a）的灰度直方图，其横坐标表示像素的灰度级别，纵坐标表示该灰度出现的频率（像素的个数）。 （a） (b) 图1.1 a为原图像 b为a的灰度直方图 1.3 图像增强概述 1.3.1 图像增强的定义 图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息的处理方法，也是提高图像质量的过程。图像增强的目的是使图像的某些特性方面更加鲜明、突出，使处理后的图像更适合人眼视觉特性或机器分析，以便于实现对图像的更高级的处理和分析。图像增强的过程往往也是一个矛盾的过程：图像增强希望既去除噪声又增强边缘。但是，增强边缘的同时会同时增强噪声，而滤去噪声又会使边缘在一定程度上模糊，因此，在图像增强的时候，往往是将这两部分进行折中，找到一个好的代价函数达到需要的增强目的。 1.3.2 常用的图像增强方法 （1） 直方图均衡化 有些图像在低值灰度区间上频率较大，使得图像中较暗区域中的细节看不清楚。这时可以通过直方图均衡化将图像的灰度范围分开，并且让灰度频率较小的灰度级变大，通过调整图像灰度值的动态范围，自动地增加整个图像的对比度，使图像具有较大的反差，细节清晰。 （2） 对比度增强法 有些图像的对比度比较低，从而使整个图像模糊不清。这时可以按一定的规则修改原来图像的每一个象素的灰度，从而改变图像灰度的动态范围。 （3） 平滑噪声 有些图像中往往包含有各种各样的噪声。这些噪声一般是随机产生的，