理论地图学概述.

对比度增强（灰度拉伸）


遥感图像对比度增强又称反差增强、灰度拉伸、 灰度变换。它可使图像的亮度范围拉伸或压缩 成指定的显示范围，从而突出图像像元之间的 对比度，图像变清晰，特征明显 线性变换（线性拉伸）
采用线性或分段线性的函数改善图像对比度

非线性变换（非线性拉伸）
对数变换和指数变换 直方图均衡化 直方图匹配（直方图规定化）
线性变换
令图像 f(i ， j) 的灰度范围
为[a,b]
线性变换后图像 g(i ， j) 的
范围为[a´,b´]，g(i，j)与f(i， j)之间的关系式为：
b a g (i, j ) [ f (i, j ) a] a ba
线性变换前后的影像
原始影像
线性变换前后的影像
图像的质量

亮度

对比度：图像中灰度反差的大小。对比度=最大 亮度/最小亮度
图像灰度直方图

以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间 像元出现的频率的分布图。频率的计算式为 v ni i n 该图像像元总数为8*8=64,i=[0,7]
0 0 1 2 3 2 1 3 1 5 6 6 2 2 2 1 3 7 0 7 2 5 3 2 2 6 6 5 7 6 2 3 1 2 3 3 2 2 1 1 3 5 5 6 4 7 2 2 2 6 1 5 1 6 1 2 1 7 2 0 6 0 2 1
◦
对图像的低灰度区较大的拉伸， 对高灰度区压缩

百度文库
非线性灰度变换
2. 指数变换
g (i,j)
g (i, j ) be af (i , j ) c
参数a,b,c用来调整曲线
的位置和形状

这种变换能对图像的 高灰度区给予较大的 拉伸
f (i,j)
直方图均衡化


直方图均衡是根据图像亮度值的出现频率来分配 它们的亮度显示范围，使一定灰度范围内的像元 的数量大致相等，得到一幅灰度直方图为均匀分 布的新图像 其实质是对图像进行非线性变换，重新分配图像 像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相 等 直方图均衡化

分段线性变换


为了突出感兴趣目标所在的灰 度区间，相对抑制那些不感兴 趣的灰度区间，可采用分段线 性变换 原图像f(x,y)在[0，Mf]，感兴 趣目标的灰度范围在[a,b]，欲 使其灰度范围拉伸到[c,d]，对 应的分段线性变换表达式为
( c / a ) f ( x, y ) 0 f ( x, y ) a g ( x, y ) [(d c) / (b a)][ f ( x, y ) a] c a f ( x, y ) b [( M d ) / ( M b)][ f ( x, y ) b] d b f ( x, y ) M f g f
◦
I(k)为累计直方图的概率分布；k为灰度级； n为 图像中像素总个数； nj为灰度级j中的像素数
分段线性变换
原始影像
分段线性变换后
非线性灰度变换

如果拉伸函数是非线性的，即为非线性变换 常用的非线性函数如对数函数、指数函数等， 作为映射函数时，可实现图像灰度的非线性变 换
g(i,j)
1. 对数变换
g (i, j ) b log[af (i, j ) 1] c
参数a,b,c是用来调整曲线的位置和形状 f (i,j)
v0=5/64 v1=12/64 v2=18/64 v3=8/64 v4=1/64 v5=5/64 v6=8/64 v7=5/64
vi
i
6
图像灰度直方图

亮度
图像灰度直方图

对比度：图像中灰度反差的大小
线性变换


如果图像灰度局限在一个很小的范围内，显示出来 的将是一个模糊不清、似乎没有灰度层次的图像 通过对左图采用线性变换对图像每一个像素灰度作 线性变换，有效地改善图像视觉效果 线性变换
直方图均衡化变换函数

设一幅图像总像元数为n，亮度级为L，nk表示第k 亮度级rk出现的频数，则第k亮度级出现的概率为：
nk pr (rk ) (k 0,1,..., L 1) n

则变换函数可表示为：
S k ( L 1) pr (rj ) ( L 1)
j 0 j 0 k k
线性变换

线性变换是按比例扩大原始灰度等级的范围，通 常为了充满显示设备的动态范围，使输出图像直 方图的两端达到饱和。其结果就是在输出图像中 加强图像中地物特征的对比度 缺点：由于同样的拉伸函数应用于所有的亮度值， 其输入和输出亮度值之间的线性关系受输入图像 中最大和最小值的影响。如果图像中最大值或者 最小值偏离太远，这种线性变换方法的效果就不 会很好
Lake Kariba TM band 3
低对比度的图像地物 间对比性差，细节难 以显现，地物目标难 以辨认，因此需要进 行对比度增强处理
遥感图像对比度低的原因
1.
2.
不同地物经常在可见光、近红外和中红外具有 相似的辐射能量，当图像中具有相似辐射强度 的地物比较集中时，会导致图像的低对比度 为记录地表各种物质的辐射能量，遥感器具有 记录较大辐射能量（或亮度值）的能力，然而 实际的遥感图像并不能充分利用遥感器的全部 记录范围，遥感图像中记录的地物亮度值往往 局限于比较小的亮度范围内，不能达到其全部 亮度值范围，导致图像显示时的低对比度
nj n
(k 0,1,..., L 1)

直方图均衡化使得原图像直方图上亮度值分布密 集的部分被拉伸，较稀疏的部分被压缩，从而使 图像的对比度得到增强
累积直方图

累积直方图：纵坐标是小于或等于特定灰 度级像元在图像中的百分数
I (k )
j 0 k
nj n
(k 0,..., L 1)
灰度变换 均衡化 点运算 直方图修正法 规定化 空间域 局部统计法 图像平滑 局部运算 图像锐化 图像增强 高通滤波 频率域 低通滤波 同态滤波增强 假彩色增强 彩色增强 伪彩色增强 彩色变换及应用 图像的代数运算