空间域和频率域结合的图像增强技术及实现

南京理工大学紫金学院毕业设计(论文)开题报告

学生姓名：杨程学号：090402159

专业：光电信息工程

设计(论文)题目：空间域和频率域结合的图像增强技术

及实现

指导教师:曹芳

2012年12月20日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—2005《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

空域法与时域法相结合的图像增强

一、研究的目的和意义

图像增强是指根据特定的需要突出图像中的重要信息，同时减弱或去除不需要的信息。从不同的途径获取的图像，通过进行适当的增强处理，可以将原本模糊不清甚至根本无法分辨的原始图像处理成清晰的富含大量有用信息的可使用图像，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，从而更加容易对图像中感兴趣的目标进行检测和测量。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，其手段主要可分为空域法和时域法[1]。

二、图像增强的发展现状

图像增强的早期应用是对宇宙飞船发回的图像所进行的各种处理。到了70 年代，图像处理技术的应用迅速从宇航领域扩展到生物医学、信息科学、资源环境科学、天文学、物理学、工业、农业、国防、教育、艺术等各个领域与行业，对经济、军事、文化及人们的日常生活产生重大的影响[2]。

三、空间域和频率域图像增强处理基本原理及优缺点比较：

图像增强可分成两大类：频率域法和空间域法。前者把图像看成一种二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。采用低通滤波（即只让低频信号通过）法，可去掉图中的噪声；采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使得模糊的图片变得清晰[3]。后者是直接对原图象的灰度级别进行数据运算，它分为两类，一类是与象素点邻域有关的局部运算，如平滑，中值滤波，锐化等；另一类是对图象做逐点运算，称为点运算如灰度对比度扩展，削波，灰度窗口变换，直方图均衡化等[4]。

下面将讨论两种作用域增强算法的技术要点，并对其图像增强方法进行性能评价。

3.1 空间域图像增强的方法

空间域处理是直接对原图像的灰度级别进行数据运算，具体可分为以下几类:

1.灰度变换[5]

当图像成像时曝光不足或过度，图像记录设备的范围太窄等因素，都会产生对比不

足的问题，使图像的细节分辨不清。为此需对每一像素的灰度级进行变换，扩大图像灰度的范围，达到图像增强的目的。设原图像中像素点(x,y)处的灰度级为f(x,y)，通过映射函数T ，生成的图像的灰度级为g(x,y)，即：

g(x,y)=T[f(x,y)] (1) 优势：可以充分利用图像中的亮度信息，明显改善图像质量，是一种常用的图像增强算法。

不足：对于受噪声影响明显的图像，该算法增强效果不明显。即不能有效地抑制噪声。而且，仅仅利用了图像中的局部信息。 2.直方图变换[6]

直方图表示数字图像中每一灰度级与其出现的频数（具有该灰度级的像素的数目）间的统计关系，横坐标表示灰度级，纵坐标表示频数（或相对频数=频数/总像素数）。直方图能给出图像的概貌性描述，如图像的灰度范围、灰度级的大致分布情况等。主要方法有：

（1）直方图均衡化

把原图像的直方图变换为各灰度值频率固定的直方图称为直方图均衡化。 （2）直方图正态化

如果灰度的频率分布接近正态分布的形状，通常认为适合于人眼观察。但如果把与正态分布形状相差较大的图像勉强进行直方图正态化时，往往会产生问题。如当原图像的某一灰度的频率很高，而正态分布所对应的该灰度值的频率变得较低，就会造成这部分信息被压缩和丢失的情况。因此，直方图正态化对于卫星图像那种原图像的动态范围窄，且不够鲜明的图像是非常有效。 （3）算法

先计算原图像的灰度直方图)(K r r P ；再计算原图像的灰度累积分布函数k s ，然后进一步求出灰度变换表；根据灰度变换表，将原图像各灰度级映射为新的灰度级。在MATLAB 中，histeq 函数可以实现直方图均衡化。该命令对灰度图像I 进行变换，返回有N 级灰度的图像J ，J 中的每个灰度级具有大致相同的像素点，所以图像J 的直方图较为平坦，当N 小于I 中灰度级数时，J 的直方图更为平坦，缺省的N 值为64。

（4）优势：能够使得处理后图像的概率密度函数近似服从均匀分布，其结果扩张了像素值的动态范围，是一种常用的图像增强算法。

不足：不能抑制噪声。 3.平滑[7]

图像在生成和传输过程中会受到各种噪声源的干扰和影响，使图像质量变差。反映在图像上，噪声使原本均匀和连续变化的灰度突然变大或变小，形成一些虚假的物体边缘或轮廓。抑制或消除这些噪声而改善图像质量的过程称为图像的平滑。输出图像的值等于输入图像滤波后值的局部平均，各个项具有相同的权。下面是平滑窗口分别为矩形和圆形的情况。

⎥⎥⎥

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1111111111111111111111111251],[k j h rect ⎥⎥⎥⎥⎥

⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢

⎢⎣⎡=01

110

11111

11111

111110111

211],[k j h circ 其方法主要有： （1）邻域平均法

在邻域平均法中，假定图像是由许多灰度恒定的小块组成，相邻像素间有很强的空间相关性，而噪声是统计独立地加到图像上的。因此，可用像素邻域内个像素灰度值的平均来代表原来的灰度值。 （2）低通滤波法

从频谱上看，噪声特别是随机噪声是一种具有较高频率分量的信号。平滑的目的就是通过一定的手段滤去这类信号。一个很自然的想法就是使图像经过一个二维的低通数字滤波器，让高频信号得到较大的衰减。在空间域上进行的这种滤波实际上就是对图像和滤波器的冲击响应函数进行卷积。 (3)中值滤波法

中值滤波的思想是对一个窗口内的所有像素的灰度值进行排序，取排序结果的中间值作为原窗口中心点处像素的灰度值。这种平滑方法对脉冲干扰和椒盐类干扰噪声的效果较好。

中值滤波的关键在于选择合适的窗口大小和形状。但一般很难事先确定窗口的尺寸，通常是从小到大进行多次尝试。窗口的形状可选为正方形，也可选为十字形。 （4）优势：实现简单，去噪效果明显。

不足：去噪的同时会导致结果图像边缘位置的改变和细节模糊甚至丢失。