图像的点运算

图像的点运算HIT图像处理基本运算概述•根据数字图像处理运算中输入信息与输出信息的类型，具有代表性的图像处理典型算法从功能上具有以下几种：•（1）单幅图像单幅图像（2）多幅图像单幅图像（3）单幅或多幅图像数值/符号HIT图像运算的种类•全局运算对整幅图像进行相同的运算。•点运算运算结果只依赖于输入图像中对应的像素点。•局部运算输出图像的每个像素的灰度值是由输入图像中以对应像素为中心的邻域中多个像素的灰度计算出来的。HIT点运算的定义所谓点运算是指像素值（像素点的灰度值）通过运算之后，可以改善图像的显示效果。这是一种像素的逐点运算。点运算与相邻的像素之间没有运算关系，是原始图像与目标图像之间的影射关系。是一种简单但却十分有效的图像处理方法。点运算又称为“对比度增强”、“对比度拉伸”、“灰度变换”HIT点运算实际上是灰度到灰度的映射过程;设输入图像为A(x,y)输出图像为B(x,y)则点运算可表示为：B(x,y)=f[A(x,y)]显然点运算不会改变图像内像素点之间的空间位置关系。HIT图像的存储器组织HIT图像的直方图HIT图像的直方图的应用•计算物体的面积•图像二值化HIT二维直方图HIT线性点运算输出灰度级与输入灰度级呈线性关系的点运算。即：255255DADB0baDDfDAAB)(HIT255218482550①如果a1，输出图像的对比度增大提高对比度HIT•提高对比度举例HIT②如果a1,输出图像的对比度减小2552551420降低对比度HIT•降低对比度举例0255255HIT③如果a＝1，b≠0，操作仅使所有像素的灰度值上移或下移，其效果是使整个图像更暗或更亮02552550255255整个图像更亮整个图像更暗HIT④如果a＝1，b＝0时，输出、输入图像相同0255255HIT⑤如果a为负值，暗区域将变亮，亮区域将变暗0255255HIT0255255HITHIT线性点运算公式当图象成像时曝光不足或过度,或由于成像设备的非线性和图像记录设备动态范围太窄等因素,都会产生对比度不足的弊病，使图像中的细节分辨不清.这时可通过点运算将灰度范围线性扩展.设f(x,y)灰度范围为[a,b]，g(x,y)灰度范围为[c,d].则线性点运算公式为:HIT),(yxgayxfbyxfabyxf),(),(),(dabcdcayxf]),([c线性点运算公式HIT(2)分段线性点运算将感兴趣的灰度范围线性扩展，相对抑制不感兴趣的灰度区域。设f(x,y)灰度范围为[0,Mf]，g(x,y)灰度范围为[0,Mg],分段线性点运算如下图所示:HITHIT分段线性点运算公式),(yxgayxfbyxfaMyxfbf),(0),(),(abcdcayxf]),([acbMdMfg),(yxfdbyxf]),([HIT（3）非线性点运算：输出灰度级与输入灰度级呈非线性关系的点运算。2552550输入输出HIT25512825521825512825532加亮、减暗图像亮度调整加暗、减亮图像HIT对比度拉伸非线性拉伸实例1拉伸效果：图像加亮、减暗HIT非线性拉伸实例2非线性拉伸实例3非线性拉伸实例4非线性拉伸实例5非线性拉伸实例6非线性拉伸实例7代数运算1、概念2、运算类型及应用HIT1.概念代数运算是指两幅输入图像之间进行点对点的加、减、乘、除运算得到输出图像的过程。如果记输入图像为A(x,y)和B(x,y)，输出图像为C(x,y)，则有如下四种形式：(1)C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)(2)C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)(3)C(x,y)=A(x,y)×B(x,y)HIT2.运算类型及应用（1）加运算（2）减运算（3）乘运算HIT（1）加运算C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)主要应用举例–去除“叠加性”随机噪音–生成图像叠加效果HIT•去除“叠加性”噪音对于原图象f(x,y),有一个噪音图像集{gi(x,y)}i=1,2,...M其中：gi(x,y)=f(x,y)+h(x,y)iM个图像的均值定义为：g(x,y)=1/M(g0(x,y)+g1(x,y)+…+gM(x,y))当：噪音h(x,y)i为互不相关，且均值为0时，上述图象均值将降低噪音的影响。相加M=1M=2M=4M=16•Addition:–averagingfornoisereduction生成图象叠加效果：可以得到各种图像合成的效果，也可以用于两张图片的衔接（2）减法运算C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)主要应用–消除背景影响–差影法(检测同一场景两幅图像之间的变化)HIT①消除背景影响即去除不需要的叠加性图案设：背景图像b(x,y)，前景背景混合图像f(x,y)g(x,y)=f(x,y)–b(x,y)g(x,y)为去除了背景图像HIT②差影法•指把同一景物在不同时间拍摄的图像或同一景物在不同波段的图像相减;•差值图像提供了图像间的差异信息，能用于指导动态监测、运动目标检测和跟踪、图像背景消除及目标识别等。HIT差影法在自动现场监测中的应用•在银行金库内，摄像头每隔一固定时间拍摄一幅图像，并与上一幅图像做差影，如果图像差别超过了预先设置的阈值，则表明可能有异常情况发生，应自动或以某种方式报警；•用于遥感图像的动态监测，差值图像可以发现森林火灾、洪水泛滥，监测灾情变化等；•也可用于监测河口、海岸的泥沙淤积及监视江河、湖泊、海岸等的污染；•利用差值图像还能鉴别出耕地及不同的作物覆盖情况。HIT差值法的应用举例•(a)差影法可以用于混合图像的分离-=HIT(b)检测同一场景两幅图像之间的变化设：时刻1的图像为T1(x,y)，时刻2的图像为T2(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y)=-T1(x,y)T2(x,y)g(x,y)HIT（3）乘运算C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)主要应用举例–图像的局部显示HIT•图像的局部显示HIT作业•已知256级灰度图像，高位H，宽为W，编写C语言程序，将图像图像旋转180°。•已知256级灰度图像，高位H，宽为W，编写C语言程序，将图像图像旋转β，要求旋转后的图像尺寸与原图像相同。•已知256级灰度图像，用C语言编写分段线性拉伸程序，是原始图像中[0--50]亮度的像素映射到[0-10]，[51--150]亮度的像素映射到[11-200]，[151--255]亮度的像素映射到[201--255]。•草原上有一条河流，河流上要一座桥梁，某天发生地质灾害，有发生地质灾害前后的两张遥感图像，这两张图像之间有轻微位移变化，设计一种方法，利用这两张遥感图像检测出桥梁是否被地质灾害破坏。补充内容红外成像HIT红外图像地面10米望远镜用7种波长观测的彗木碰撞后的红外图像HIT红外图像SL-9彗核C碰撞前后的木星红外图像HIT红外图像红外摄象机拍摄的英军押解着伊战俘画面HIT红外光的历史HIT光谱HIT红外光的历史•“红外”一词最早出现在1880年阿贝尼的文章中。•1870年兰利制成了面积只有针孔那样大小的探测器并用凹面反射光栅、岩盐及氟化物棱镜来提高测量色散的能力。这为红外应用的重要方面——航空摄影奠定了基础。•1888年麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了赫胥耳的探测和测量方法，为红外技术奠定了基础。•采用近红外摄影始于1904年，时至今日，红外摄影已广泛地应用于工业、医学、军事等很多部门。HIT红外光的应用——红外测温仪HIT红外光的应用——红外测温仪HIT红外光的应用——红外望远镜HIT红外光的应用——红外感应HIT红外光的应用——红外数据传输HIT红外光的应用——红外数据传输HIT红外光的应用——红外数据传输HIT红外光的应用——红外数据传输HIT红外光的应用——艺术鉴定InvisibleradiationphotographyisoftenappliedtothestudyofworksofartashereinthepaintingLaMadonnadell'ImpannatabyRaphael.InvisibleradiationimagingrevealsamuchyoungerSaintJohntheBaptistsittingonJoseph'slapfoundbeneaththesurfaceofthevisiblepainting(right).Images©Editech.HIT医学红外摄影•1933年哥本哈根大学国家医院的哈克塞森首先把红外摄影技术用于皮肤病学的研究，此后人们就把这一方法广泛地应用于医学实践。•医学红外摄影技术主要有三个方面：–皮肤和皮下组织对红外光的反射、散射和透射性特性–能穿透机体红外光源的光谱分布–能记录红外光的胶片和感光版的光谱响应HIT医学红外摄影HIT基本临床应用•静脉摄影–结合常规的摄影技术红外摄影方法可以显示出静脉曲张的特征性异常表现。它表现为在正常小腿上能见到比较细直的分枝，形成多边形的网状结构。在静脉曲张病例中，常见到蜿蜒弯曲的分枝增粗成静脉小岛，它在红外照片中清楚地显示出来，而用普通摄影或肉限是看不出来的。HIT基本临床应用•血液循环的研究–利用红外照片来记录乳房和腹部浅表静脉的图形和大小变化，可以研究血液运行状况。例如，初产妇和多产妇在妊娠时，红外照片上的血流状况是不一样的。–由于血液中各种成分对红外光的吸收作用不同，可作临床疾病的更深入研究。如硝基苯胺中电会引起小腿血管郁滞，红外照片可以清楚地显示出来。肾上腺索对正常人和高血压病人有影响，这可从指甲的红外照片上反映出来。此外，红外照片还可探索结核菌素和其它皮肤试验的反应。HIT基本临床应用•透照技术–采用黑白和彩色红外透照技术检查儿童头颅疾病，不仅毫无痛苦，而且比脑室造影检查安全。其中彩色红外透照方法特别有价值。因为它可以同时把可见光和红外光的透射部分记录下来，而且在照片上显示出重要的颜色差别。用这种方法可以将脑积水与更为严重的脑内积水加以监别。HIT基本临床应用•肝病理学–红外摄影对肝硬化的诊断有很大帮助，它可以把肝硬化与肝癌等区别出来。早期的肝硬化，没有明显的侧支循环而晚期的肝病中有非常清晰的分枝静脉图像，成为肝硬化病症的特征。•肿瘤的研究–应用黑白和彩色红外摄影技术常可以发现肿瘤。生长在体表上或接近体表的早期恶性肿瘤，其周围会有血管增多或异常条纹，它表示了肿瘤血液的供给有不同程度的增加。这可作为确定有否恶性瘤的辅助手段。HIT基本临床应用•乳腺癌–临床上已证实，乳腺癌在红外照片上显示为供血增多，病变一侧可清晰看到肉眼不能见到的静脉充血。•皮肤病学–红外摄影首先用于医学方面的是检查皮肤疾病，它可以提供浅表痂皮下面愈合过程和皮下静脉情况。HIT基本临床应用•牙科–牙齿的红外照片，釉质一艇比牙质显得阴暗，而龋齿前向的退化釉质则相反，健康的门齿边缘呈白色，在正常情况下随着牙质的增加光亮度也均匀增加，釉质不均处的色调较淡。退化釉质对红外光有很高的反射率，并有中等的红外发光强度。与牙齿有关的成份如磷灰石的反射率和发光强度都很低。HIT基本临床应用•眼科–对红外光的反射率随眼睛色素的颜色而异。–红外光可以穿过角膜和水晶体，因而从理论上讲能拍摄眼底的照片，以显示出脉络膜、视网膜和视神经的病理状况。但现实拍摄的照片是模糊的，仍有许多技术上的困难尚待克服。–临床实践表明，用彩色红外胶片进行眼科学研究是一个卓有成效的方法，在彩色红外幻灯片上正常眼底呈现黄绿色伴有棕红色的静脉和黄色的动脉。血管纹理在照片上分得出来，呈紫灰色。HIT基本临床应用•对注射过造影剂的宏观样品进行拍摄•人体组织的红外反射与红外发光特性•生物热像HIT红外热图诊断方法•正常人体的温度分布具有一定的稳定性和对称性。因此,人体温度分布的某处改变，即表示该处疾患的产主和存在。这是因为该处由于血流和代谢的改变引起了人体温度分布的改变。•红外扫描成像是通过对人体温度分布的热图显示有无变化、变化的部位及其程度，观察分析红外影像和定量测出温度差值后，根据解剖学、病理学和临床经验，来