电子信息工程毕业设计：图像增强技术与研究.doc

1、本科毕业论文（20 届）图像增强技术与研究所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 本科毕业论文（设计） 第 页I目录目录 .I摘 要 .IIIABSTRACT .IV第一章 引言 .11.1 课题背景及意义 .11.2 图像增强的应用 .11.3 课 题 的 主 要 内 容 .2第二章 图像增强的

2、基本理论 .32.1 数字图像的基本定义 .32.1.1 图像增强的定义 .32.1.2 数字图像的表示 .42.1.3 图像的灰度 .42.2 图像增强概论 .52.2.1 图像平滑 .62.2.2 常用的图像增强法 .62.2.3 图像增强的现状与应用 .7第三章 图像增强的方法 .93.1 图像变换 .93.1.1 离散图形变换的一般表达式 .93.1.2 离散沃尔什变换 .93.2 灰度变换 .103.2.1 线性变换 .133.2.2 分段线性变换 .143.2.3 非线性变换 .143.3 直方图变换 .153.3.1 直方图修正基础 .153.3.2 直方图均衡化 .163.3.

3、3 直方图规定化 .183.4 图像平滑与锐化 .183.4.1 平滑 .183.4.2 锐化 .193.5 色彩增强 .213.5.1 假彩色处理 .213.5.2 伪彩色处理 .21第四章 图像增强与技术研究的现状与实现 .234.1 图像增强技术发展现状 .23本科毕业论文（设计） 第 页II4.2.1 直方图均衡化 .234.2.2 图像平滑技术 .254.2.3 图像的锐化技术 .264.3 小结 .27参考文献 .31致 谢 .32附录 源程序代码 .33本科毕业论文（设计） 第 III 页图像增强技术与研究摘 要图像增强技术是图像处理领域研究重点和热点之一。本论文系统地研究了图像

4、增强系统中图像的灰度、常用图像增强法和基于图形处理器的图像处理等核心技术。图像增强的主要目的是提高图像可辨识度，使图像更有利于观察或进一步分析处理。一般通过对图像的某些特征，比如边缘、轮廓、对比度、亮度等进行强调或尖锐化，从而突出有价值的信息，抑制无用信息，提高图像的使用价值。可以说，图像增强的目的是在某一特定标准下，处理后的图像与原图相比要更好。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 ， 在

5、 学 习 数 字 图 像 的 基 本 表 示 与 处 理 方 法 的 基 础 上 ，针 对 图 像 增 强 的 普 遍 性 问 题 ， 研 究 和 实 现 常 用 的 图 像 增 强 方 法 及 其 算 法 ， 通 过 Matlab 实验 得 出 的 实 际 处 理 效 果 来 对 比 各 种 算 法 的 优 缺 点 ， 讨 论 不 同 的 增 强 算 法 的 适 用 场 合 ， 并对 其 图 像 增 强 方 法 进 行 性 能 评 价 。 如 何 选 择 合 适 的 方 法 对 图 像 进 行 增 强 处 理 ， 是 本 文 的主 要 工 作 ， 为 了 突 出 每 种 增 强 方 法 的

6、差 异 ， 本 文 在 Matlab 的 GUI 图 形 操 作 界 面 中 集 合 了四 种 常 用 算 法 的 程 序 ， 以 达 到 对 各 种 算 法 的 对 比 更 直 观 和 鲜 明 的 效 果 。关 键 词 ： 图 像 增 强 ， 直 方 图 均 衡 化 ， 灰 度 变 换 ， 平 滑 ， 锐 化本科毕业论文（设计） 第 IV 页Image enhancement technology and researchAbstractImage enhancement technology is one of the focus and research focuses in image

7、 processing field. This paper systematically studied the image enhancement in the system image gray scale, commonly used method of image enhancement and image processing based on graphics processors and other core technologies. The main purpose of image enhancement is to improve the image discernibi

8、lity degree, make the image more conducive to observe or further analysis. Usually by some of the characteristics of the images, such as edge, outline, contrast, brightness, etc. To emphasize or edgy, so as to highlight the valuable information and suppress the useless information, increase the use

9、value of the image. The purpose of image enhancement is, as it were, under a certain standard, after processing of image compared with the original image is better. This article first to the principle of image enhancement and enhancement methods are summarized, and then focuses on the gray level tra

10、nsformation, histogram equalization, smoothing and sharpening enhancement methods such as carried on the thorough research, in learning basic representation and processing method of digital image, on the basis of according to the universality of image enhancement problem, research and implement algo

11、rithms for image enhancement methods and, through the Matlab experiment it is concluded that the actual processing effect to compare the advantages and disadvantages of various algorithms, discuss the applicable occasions of different enhancement algorithm, and its image enhancement method for perfo

12、rmance evaluation. How to choose the suitable method of image enhancement processing, is a major work of this article, in order to highlight the differences of each method, this article in the Matlab GUI graphical interface program brings together four commonly used algorithm, comparison of various

13、algorithms in order to achieve more intuitive and vivid effect.Keywords : Image Enhancement histogram equalization gray transform Smooth Sharpen本科毕业论文（设计） 第 1 页第 1 页第一章 引言1.1 课题背景及意义如今，电子计算机技术正在飞速进步，计算机图像处理已经成功应用于很多有关呈像的领域，图像增强技术作为一大基本的图像处理技术，其目的是对图像进行加工，以得到更为具体、有用的图像。在一般情况下获取和传输图像的过程往往会发生图像失真，所得到图像

14、和原始图像有某种程度的差别。这种差异如果太大，就会影响人和机器对于图像的理解，在许多情况下，人们不清楚引起图像降质的具体物理过程及其数学模型，但却能根据经验估计出使图像降质的一些可能原因，针对这些原因采取简便有效的方法，改善图像质量。图像在经过传送或者转换后，如复制、扫描等。同时会造成图像质量的下降。摄影时，图像也会因为光照条件不足，造成图 像 过 暗 或 过 亮 ；光 学 系 统 的 失 真 、 相 对 运 动 、 大 气 流 动 等 都 会 使 图 像 模 糊 ， 传 输 过 程 中 会 引 入 各 种 类型 的 噪 声 。 在 视 觉 效 果 和 识 别 方 便 性 等 方 面 输 入

15、的 图 像 可 能 存 在 诸 多 问 题 ， 指 根 据特 定 的 需 要 减 弱 或 去 除 不 需 要 的 信 息 ， 突 出 图 像 中 的 重 要 信 息 ， 则 是 图 像 增 强 技 术 。图像增强的目的是要增强视觉效果，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，抑制不感兴趣的特征，以达到改善图像质量、丰富信息量的目的，并加强图像判读和识别效果的图像处理方法。其方法是通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制（掩盖）图像中某些不需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配。在图像增强过程中，不分析图像质量降低的原因，处理后的图像不一定逼近

16、原始图像。 从 不 同 的 途 径 获 取 的 图 像 ， 通 过 适 当 的 增 强 处 理 ， 可 以 有 效 地 去 除 图 像 中 的 噪 声 、 增 强 图像 中 的 边 缘 或 其 他 感 兴 趣 的 区 域 ， 将 原 本 模 糊 不 清 的 原 始 图 像 处 理 成 富 含 大 量 有 用 信 息 的 可 使用 图 像 ， 从 而 更 加 容 易 对 图 像 中 感 兴 趣 的 目 标 进 行 检 测 和 测 量1。 处 理 后 的 图 像 是 否 保 持 原状 已 经 是 无 关 紧 要 的 了 ， 不 会 因 为 考 虑 到 图 像 的 一 些 理 想 形 式 而 去 有

17、 意 识 的 努 力 重 现 图 像的 真 实 度 。 图 像 增 强 的 目 的 是 增 强 图 像 的 视 觉 效 果 ， 将 原 图 像 转 换 成 一 种 更 适 合 于 人 眼 观察 和 计 算 机 分 析 处 理 的 形 式 。 它 一 般 要 借 助 人 眼 的 视 觉 特 性 ， 以 取 得 看 起 来 较 好 地 视 觉 效果 ， 很 少 涉 及 客 观 和 统 一 的 评 价 标 准 。 增 强 的 效 果 通 常 都 与 具 体 的 图 像 有 关 系 ， 靠 人 的 主观 感 觉 加 以 评 价 。本科毕业论文（设计） 第 2 页第 2 页1.2 图像增强的应用从 医

18、学 诊 断 到 航 空 航 天 、指 纹 识 别 、 再 到 无损探 伤 、 军 事 侦 察 、 卫 星 图 片 的 处 理 等 领 域 。 图像 增 强 处 理 的 应 用 十 分 广 泛 ，在 医 学 方 面 ： 为 了 使 医 生 更 容 易 确 定 病 变 区 域 ， 对 x 射 线 图 片 、 CT影 像 、 内 窥 镜 图 像 进 行 增 强 。 在 军 事 方 面 ：侦 查 是 敌 方 军 事 调 动 。 建 筑 构 造 或 军 事 装 备 的 情况 。 在 其 他 领 域 ， 运 用 图 像 增 强 技 术 来 克 服 因 光 线 不 足 、 等 原 因 带 来 的 图 像 模

19、 糊、偏 差 等 现象 ， 可 以 有 效 的 增 强 电 视 图 像 的 清 晰 度 ， 从 而 达 到 减 少 电 视 系 统 维 护 的 工 作 量 。 发 展 的 动 力来 自 于 他 广 泛 的 应 用 前 景 ， 图 像 增 强 技 术 的 快 速 发 展 同 它 的 广 泛 应 用 是 分 不 开 的 。 相 信 在 未来 社 会 ， 图 像 增 强 技 术 将 会 在 更 多 领 域 ， 发 挥 更 为 重 要 的 作 用 2。 图像增强技术的发展历史并不长,但是引起了人们的足够重视。总体来说图像增强技术的发展大致经历了初创期、发展期、普及期和实用化期 4 个阶段。初创期开始于

20、世纪年代当时的图像采用像素型光栅进行扫描显示大多采用中、大型机对其进行处理。在这一时期由于图像存储成本高处理设备造价高因而其应用面很窄。世纪年代进入了发展期开始大量采用中大型机进行处理图像增强也逐渐改用光栅扫描显示方式特别是出现了卫星遥感图像对图像增强处理技术的发展起到了很好的促进作用。到了 20 世纪 80 年代图像增强技术进入普及期此时的微机己经能够承担起图形图像增强的任务。VLSI 的出现使得处理速度大大提高而造价却进一步降低这极大的促进了图像系统的普及和应用。图像增强需要图像处理的其重要组成部分传统的图像增强方法对于改善图像质量发挥了其重要作用。随着对图像技术研究的不断深入和发展,新的

21、图像增强方法不断出现。在 图 像 处 理 过 程 中 ， 图 像 增 强 是 十 分 重 要 的 一 个 环 节 。 本 文 的 主 要 内 容 就 是 围 绕 图 像增 强 部 分 的 一 些 基 本 理 论 和 算 法 而 展 开 。1.3 课 题 的 主 要 内 容图 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

22、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 。传 统 的 图 像 增 强 算 法 在 确 定 转 换 函 数 时 常 是 图 像 变 换 、 灰 度 变 换 、 直 方 图 变 换 、 图 像平 滑 与 锐 化 、 色 彩 增 强 等 。 常 用 的 一 些 图 像 增 强 方 法 是 学 习 图 像 增 强 的 基 础 ， 至 今 它 们 对于 改 善 图 像 质 量 仍 发 挥 着 重 要 的 作 用 。 本 文 着 重 研 究 了 这 些 增 强 方 法 对 图 像 进 行 增 强 处 理 ，针 对

23、 图 像 增 强 的 普 遍 性 问 题 ， 研 究 和 实 现 常 用 的 图 像 增 强 方 法 及 其 算 法 ， 讨 论 不 同 的 增 强本科毕业论文（设计） 第 3 页第 3 页算 法 的 适 用 场 合 ， 并 对 其 图 像 增 强 方 法 进 行 性 能 评 价 。全 文 共 分 四 章 ， 具 体 安 排 如 下 。第 一 章 引 言 。 介 绍 图 像 增 强 技 术 的 课 题 背 景 和 意 义 、 本 文 的 研 究 内 容 。第 二 章 图 像 增 强 的 基 本 理 论 。 阐 述 图 像 增 强 中 用 到 的 有 关 数 字 图 像 的 一 些 基 本 概

24、念 ； 概述 常 用 的 一 些 图 像 增 强 的 方 法 和 图 像 增 强 的 现 状 与 应 用 。第 三 章 图 像 增 强 方 法 与 原 理 。 针 对 图 像 增 强 过 程 中 遇 到 的 问 题 ， 提 出 相 应 的 解 决 方 法.第 四 章 图 像 增 强 技 术 研 究 的 现 状 与 实 现 。最 后 是 总 结 与 致 谢 。 论 文 的 结 尾 附 有 源 程 序 代 码 。本科毕业论文（设计） 第 4 页第 4 页第二章 图像增强的基本理论2.1 数字图像的基本定义2.1.1 图像增强的定义图像增强是计算机的一种术语。是将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感

25、兴趣的特征，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果的图像处理方法。一 般 情 况 下 ， 按 特 定 的 需 要 突 出 图 像 中 的 某 些 信 息 就 是 图 像 增 强 ，图 像 增 强 既 是 削 弱 或 去除 某 些 信 息 的 处 理 方 法 ， 又 是 提 高 图 像 质 量 的 过 程 。 目 的 是 鲜 明 图 像 的 某 些 特 性 ， 使 得 该图 像 的 特 性 突 出 ， 经 过 处 理 后 的 图 像 将 会 更 适 合 机 器 分 析 或 人 眼 视 觉 特 性 ，从 而 实 现 图 像 进行 更 高 级 的 处 理 和 分 析

26、 。 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 图 像 增 强 的 过 程 往 往 也 是 一 个 矛 盾的 过 程 ： 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 。 传 统 的 图 像 增 强 算 法 在 确 定 转 换 函 数 时 常 是 基 于 整 个 图 像 的 统 计 量 ，如：ST 转 换

27、 ， 直方 图 均 衡 ， 中 值 滤 波 ， 微 分 锐 化 ， 高 通 滤 波 等 等 。 这 样 对 应 于 某 些 局 部 区域 的 细 节 在 计 算整 幅 图 的 变 换 时 其 影 响 因 为 其 值 较 小 而 常 常 被 忽 略 掉 ，从 而 局 部 区 域 的 增 强 效 果 常 常 不 够 理想 ， 噪 声 滤 波 和 边 缘 增 强 这 两 者 的 矛 盾 较 难 得 到 解 决 。2.1.2 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。),(yxf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),(yxf本单元称为图像的元素，简称像素。