第5 章图像增强技术.pdf

第 5 章 图像增强技术 本章所讲解的图像处理基本目的之一是改善图像质量，而改善图像最常用的技术是图 像增强，图像增强的目的是为了改善图像的视觉效果，使图像更加清晰，便于人和计算机 对图像进一步的分析和处理。图像增强按作用域可分为空域内处理和频域内处理，空域内 处理是直接对图像进行处理；频域内处理是在图像的某个变换域内，对图像的变换系数进 行运算，然后通过逆变换获得图像增强效果。本章将详细地介绍通过 MATLAB 如何进行 图像的增强操作。 5.1 图像增强技术介绍 图像增强的主要目的是提高图像的质量和可辨识度，使图像更有利于观察或进一步分 析处理。图像增强技术一般通过对图像的某些特征，例如边缘信息、轮廓信息和对比度等 进行突出或增强，从而更好地显示图像的有用信息，提高图像的使用价值。图像增强技术 是在一定标准下，处理后的图像比原图像效果更好。 传统的图像增强技术大多是基在空间域中对图像进行处理。空域处理方法非常简单， 比较容易理解。空间域内的图像增强技术主要有灰度变换方法和直方图方法等。通过调节 灰度图像的明暗对比度，灰度图像就变得更加清晰。灰度变换方法也是基于灰度图像的直 方图的一种图像增强方法。直方图均衡化和规定化对于改善图像的质量有非常好的效果。 此外，还可以对图像进行滤波，主要包括线性滤波和非线性滤波，其中非线性滤波又包括 中值滤波、顺序统计滤波和自适应滤波等。 通过傅立叶变换可以将图像从空间域转换到频域，在频域进行滤波，然后再通过傅立 叶反变换转换到空间域。频域滤波主要包括低频滤波、高频滤波、带阻滤波器和同态滤 波等。 随着图像处理技术的发展，各种新方法不断出现。例如采用模糊技术和小波变换等进 行图像的增强。每种方法都有各自的优缺点，没有一个方法可以完全取代其他方法。一个 图像增强算法要做到对所有图像都有很好的增强效果非常的困难。 5.2 图像质量评价介绍 图像质量的基本含义是指人们对一幅图像视觉感受的评价。图像增强的目的就是为了 改善图像显示的主观视觉质量。图像质量包含两方面的内容，一是图像的逼真度，即被评 第5 章 图像增强技术 价图像与原标准图像的偏离程度；二是图像的可懂度，指图像能向人或机器提供信息的能 力。目前为止，还没有找到一种和人的主观感受一致的客观、定量的图像质量评价方法。 图像质量评价方法分为两类，即主观评价和客观评价。主观评价方法就是直接利用人 们自身的观察来对图像做出判断，其最具代表性的方法就是主观质量评分法，通过对测试 者的评分来判断图像质量。它有两类度量尺度，绝对性尺度和比较性尺度。测试者根据规 定的评价尺度，对测试图像按视觉效果给出图像等级，最后将所有测试者给出的等级进行 归一化平均，得到评价结果。主观评价方法是最准确的表示人们视觉感受的方法。但主观 评价方法缺乏稳定性，经常受实验条件，测试者的情绪、动机及疲劳程度等多种因素的影 响。此外，主观评价方法费时费力，很难在实际工程应用中采用。 客观评价方法是用处理图像与原始图像的误差来衡量处理图像的质量。传统的质量评 价基于一个思想，就是与标准图像的灰度差异越大测图像质量退化越严重。具有代表性的 方法评价指标有均方误差（MSE ），和峰值信噪比（PSNE ）等。传统的质量评价计算简单， 运算速度快，但不能很好地反应人的视觉特性。为了更好地逼近人的主观感受，一些新的 图像质量评价方法开始参考人的视觉特性模型，例如，重视观察者感兴趣部位的质量评价 方法等。 5.3 空域内的图像增强 空域内的图像增强就是调整灰度图像的明暗对比度，是对图像中各个像素的灰度值直 接进行处理。常用的方法包括灰度变换增强和直方图增强。下面分别进行介绍。 5.3.1 灰度变换增强 灰度变换增强是在空间域内对图像进行增强的一种简单而有效的方法。灰度变换增强 不改变原图像中像素的位置，只改变像素点的灰度值，并逐点进行，和周围的其他像素点 无关。为了进行灰度变换，首先需要获取图像的直方图。在 MATLAB 中，可以通过编写 程序获取灰度图像的直方图，也可以通过函数imhist()获取灰度图像的直方图。函数imhist() 将会在本章的5.3.2 节进行介绍。