03彩色图像增强

[e-mail]-TJU3ImageEnhancement•Imageenhancementincludesthosetechniquesthatenhancetherecognizabilityofobjectsinanimage.•Thegoalcanbetoenhancetheviewforthehumanobserveraswellasthetransformationofanimageintoamore-suitableformatforcomputer-aidedprocessing.•Thesetechniquesconsistof(butarenotlimitedto)contrastenhancement,filteringinthespatialdomain,noisesuppression,imagesmoothing,andimagesharpening.SEIE-TJU4FalseColorsandPseudocolors•假彩色(Falsecolor):有三种形式:1.把真实景物图像的象元逐个地映射为另一种颜色。2.把多光谱图像中任三个光谱图像映射为可见光rgb，在合成为一幅彩色图像3.把灰度图像，用灰度级映射或频谱映射而成为类似真实彩色的处理•伪彩色(Pseudocolors)，相当于假彩色中的一个特例，即指定某灰度为某种彩色。对应于上述第三种情况SEIE-TJU5FalseColorsandPseudocolors•根据特定的准则对灰度值覆以彩色的处理•主要应用：人们目视观察和解释一幅图像或者图像序列中的灰度目标。•利用彩色的原因是：人类可以辨别上千种颜色和强度，而能辨别的灰度只有20几种。•常用的两种伪彩色处理–强度分层IntensitySlicing–灰度级到彩色转换Gray-leveltoColorTransformationSEIE-TJU6FalseColorsandPseudocolors•强度分层技术和彩色编码是伪彩色图像处理的最简单例子之一。•一幅图像被描述为3D函数，作为空间坐标的强度；分层方法可以看成是放置一些平行于图像坐标面的平面；然后每一个平面在相交的区域中切割图像函数。•分割后的不同部分赋予不同的彩色–平面之上的任何灰度级的象素将被编码成一种彩色；–平面之下的像素将编码为另一种彩色；–平面之中的像素随意赋予两者色彩之一。–其结果是一幅两色图像，相关的彩色状态可由沿灰度轴上下移动切割平面来控制。SEIE-TJU7FalseColorsandPseudocolors•当基于图像的物理特征细分灰度级时，强度分层有着重要的作用。•图示为含有裂纹和孔隙的焊接物的X光图像。•当焊接物中有裂痕和孔隙时，X射线的全部强度都通过物体，图像灰度为255，则意味着焊接点有问题。•彩色编码时将255灰度值赋予一种颜色，其它灰度值赋予另一种颜色。这样极大地简化了工人的检测工作。SEIE-TJU8FalseColorsandPseudocolorskkVyxfcyxf,,•强度分层技术的另一种解释–任何输入的灰度级根据其位于li值的上面还是下面而赋予两种颜色之一。–当采用更多的灰度级时，映射函数采用阶梯形式。•多层强度分层–令[0,L-1]表示灰度级，假定垂直于强度轴的P个平面定义为量级l1、l2、….、lp，P个平面将灰度级分为P+1个间隔：V1、V2、….、VP+1。–灰度级到彩色的赋值：–ck是与强度间隔Vk第k级强度有关的颜色，Vk是由在l=k-1和l=k分割平面定义的。SEIE-TJU9FalseColorsandPseudocolors•左图是甲状腺模型的单色图像，右图是强度分层为8个彩色的结果•左瓣在单色图像中是暗灰度的，以强度取出病变相对很困难，彩色图像清楚的显示了恒定强度的不同区域，每个区域用一种颜色标识。SEIE-TJU10FalseColorsandPseudocolors强度与月平均降雨相对应的灰度图像，中间1/3处稍亮一点的水平带就是降雨区。对0～255的强度值赋予彩色，趋于蓝色值意味着低降雨量，相反则为红色彩色编码图像南美区域放大图像SEIE-TJU11FalseColorsandPseudocolors•与简单的强度分层技术相比，其它类型的变换更通用，也更能拓展伪彩色增强结果的范围。其中之一方法为：–对任何输入象素的灰度级执行3个独立的变换；–3个变换结果分别送入彩色电视监视器的红绿蓝通道；–这种方法产生一幅合成图像，其彩色内容受变换函数特性所调制。注意：这些方法是图像灰度值的变换，而不是位置函数的变换SEIE-TJU12FalseColorsandPseudocolors机场X光扫描系统获得的行李单色图像左图为普通物品，右图中有一块模拟的塑料爆炸物。变换函数伪彩色增强图像炸药和衣箱有相似的变换映射时，爆炸物很难被观测到SEIE-TJU13FalseColorsandPseudocolors•将多幅单色图像组合成为一幅彩色图像所使用的假彩色编码处理过程如下。例如在多光谱图像处理中，不同的传感器在不同的波段产生独立的单色图像；附加处理可以是彩色平衡混合图像。SEIE-TJU14FalseColorsandPseudocolors•a~d显示了4幅华盛顿的光谱卫星图像，包括波托马克河。a~c是可见光红绿蓝图像，d为近红外图像。•e是前3幅图像合成的RGB全彩色图像。密度大的全彩色图像区域很难判读，但此图像的特点是波托马克河的各部分颜色不同。•f是用近红外图像代替e中的红色分量获得。近红外波段对场景中的生物分量有较强的反应，f中生物（红色）和场景中人造目标特性之间有非常明显的差别，由混凝土和柏油组成的部分在图像中呈现浅蓝色。abdcefSEIE-TJU15FalseColorsandPseudocolors•该方法在复杂图像中可视化感兴趣物体时功能强大，特别是那些超出我们正常感知能力之外的事物。–左图为木卫二图像，由Galileo宇宙飞船的几幅传感器图像合成的伪彩色显示，其中一些是人眼不可见的谱范围。•改变传感器的物理和化学过程，有可能把感知的图像组合成为有意义的伪彩色图像。–下图，亮红色表示活火山喷发的物质，周围的黄色物质是陈旧的硫沉积物。SEIE-TJU16ColorHistogramEqualization•用于增强动态范围偏小的图像的反差。•基本思想:将原图象的直方图通过变换函数修正为均匀的直方图,然后按均衡直方图修正原图象.•经图象均衡化处理后,图象直方图是平直的,即各灰度级具有近似均匀的概率分布,图像显得更清晰.SEIE-TJU17ColorHistogramEqualizationrjrj+rsjsj+s变换公式推导图示0(:()()CDF)rrsTrpwdw是连续灰度级图像情况的直方图均衡化所需累积分布函数的变换函数SEIE-TJU18ColorHistogramEqualization•数字图像的灰度级不连续,对应的变换函数为离散形式()0,1,...,1kkknprkLn00()1()10,1,...,1kkjkkrjjjnsTrLprLkLn•数字图像的直方图均衡结果一般不能产生完全均匀的pdf,但能有效展开直方图,达到扩展灰度级范围的目的SEIE-TJU19ColorHistogramEqualization•Histogramequalizationbecomesachallengedtaskwhendealingwithcolorimagesduetothevectorialnatureofcolor.1.Eachcolorpixelisrepresentedbyavectorwithasmanycomponentsasthecolorcomponentsinapropercolorspace.2.Thecomplexityoftheproblemliesalsointhecorrelationbetweenthecolorcomponentsaswellasthecolorperceptionbyhumans.•Previouscolorhistogramequalizationlagorithmscanbedividedintotwomainclasses:1.ThefirstclasscomprisesalgorithmsthatworkontheRGBspaceeitherusingthe3-Dhistogramoran1-Dhistogramofthecolorimage.2.Thesecondclassisformedbyalgorithms,whichoperateinnon-linearcolorspaces,suchastheHSI(hue,saturation,andintensity)ortheC-Yspaces,thatareappliedtooneortwocolorcomponents.SEIE-TJU20ColorHistogramEqualizationSEIE-TJU21MethodI:Separateequalizationofthethreecolorcomponents•Applicationofgray-scalehistogramequalizationseparatelytothedifferentcolorbandsofthecolorimage,ignoringinter-componentcorrelation.SEIE-TJU22Method2:3-DEqualizationintheRGBspace•ThemethodproposedbyTrahaniasandVenetsanopou-losisactuallya3-DhistogramspecificationintheRGBcolorspacewiththeoutputhistogrambeinguniform.P.E.Trahanias,A.N.Venetsanopoulos,Colorimageenhancementthrough3-dhistogramequalization,ICPR.,vol.III,1992,pp.545–548.SEIE-TJU23Method2:3-DEqualizationintheRGBspaceSEIE-TJU24Method2:3-DEqualizationintheRGBspaceSEIE-TJU25Method2:3-DEqualizationintheRGBspaceSEIE-TJU26Method3:EqualizationoftheintensitycomponentintheHSIspace•ThemethodinPitasandKiniklisstudiesthegeometricalrepresentationoftheHSIspaceandformulatesthreePDFsforapplyinghistogramequalizationontheintensitycomponent,thesaturationcomponent,andjointlytheintensityandsaturationcomponents.•Morevisuallyappealingresultsareobtained,whentheintensitycomponentisonlyused