图像增强方法
遥感图像处理的图像增强和特征提取方法
遥感图像处理的图像增强和特征提取方法遥感图像处理是利用遥感技术获取和处理地球表面信息的一种方法。
在遥感图像处理中，图像增强和特征提取是两个重要的步骤。
本文将探讨遥感图像处理的图像增强和特征提取方法，并介绍其在实际应用中的重要性和挑战。
一、图像增强方法图像增强是通过改善遥感图像的质量和清晰度来提取更多有用信息的过程。
在遥感图像处理中，常用的图像增强方法包括直方图均衡化、滤波和增强算法等。
1. 直方图均衡化直方图均衡化是一种通过调整图像的亮度分布来增强图像对比度的方法。
它通过将图像的亮度值映射到一个更均匀分布的直方图来使图像的细节更加清晰。
直方图均衡化能够有效地提高图像的视觉质量，但在某些情况下可能会导致过度增强和失真。
2. 滤波滤波是一种通过去除图像中的噪声和不必要的细节来改善图像质量的方法。
在遥感图像处理中，常用的滤波方法包括中值滤波、高斯滤波和小波变换等。
这些滤波方法能够有效地降低图像的噪声和模糊度，提高图像的清晰度和边缘保持能力。
3. 增强算法增强算法是一种通过对图像进行像素级别的调整和处理来增强图像质量的方法。
常用的增强算法包括灰度拉伸、对比度增强和边缘增强等。
这些算法能够根据图像的特点和需求来调整图像的亮度、对比度和细节等，从而提高图像的视觉效果和信息提取能力。
二、特征提取方法特征提取是通过从遥感图像中提取和表示有用的信息和模式来分析和识别图像内容的过程。
在遥感图像处理中，常用的特征提取方法包括纹理特征提取、频谱特征提取和形状特征提取等。
1. 纹理特征提取纹理特征提取是一种通过分析图像中的纹理信息来描述和表示图像内容的方法。
常用的纹理特征提取方法包括灰度共生矩阵、小波变换和局部二值模式等。
这些方法能够有效地提取图像中的纹理细节和结构特征，用于图像分类、目标检测和地物识别等应用。
2. 频谱特征提取频谱特征提取是一种通过分析图像的频域信息来描述和表示图像内容的方法。
常用的频谱特征提取方法包括傅里叶变换、小波变换和高斯金字塔等。
第8章_图像增强
32
一、空间域图像增强（29）
对角线方向边缘增强示意图
33
一、空间域图像增强（30）
单方向一阶微分算子图像增强效果
34
一、空间域图像增强（31）
Roberts交叉微分算子
g x, y f x 1, y 1 f x, y f x 1, y f x, y 1
f
G x x
f
f
G
y
y
27
一、空间域图像增强（24）
一阶微分算子
单方向微分算子
（1）水平方向微分算子
Dlevel
1 2 1
0 0 0
1 2 1
g ( x, y ) [ f x 1, y 1 f x 1, y 1] 2[ f x 1, y f x 1, y ]
遥感数字图像处理
第8章
图像增强
背景知识
图像增强是通过一定手段对原图像进行变换或附加一些信息
，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制图像中某些不
需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配，从而加强图像
判读和识别效果，以满足某些特殊分析的需要。
目的：改善图像的视觉效果，帮助我们更好地发现或识别图
像中的某些特征。
作用：调整两幅图像的色调差异，使图像重叠区域的色调过渡柔和，改
善图像融合和图像镶嵌效果。
14
一、空间域图像增强（12）
直方图匹配的思想：
原图像中的任意一个灰度值ai 都可
以在参考图像上找到一个与之对应
的灰度值bi ，使得原图的灰度概率
图像处理技术的图像增强与滤波方法
图像处理技术的图像增强与滤波方法图像处理技术是指通过对图像进行各种算法和技术处理，以改善图像的质量、增强图像的特定特征或者提取出图像中有用的信息。
图像增强和滤波是图像处理技术中的两个重要方面，它们都是为了改善图像质量和提取图像信息而进行的。
图像增强是指通过一系列算法和技术手段对图像进行处理，以使得图像更加鲜明、清晰、易于分析和解读。
图像增强方法主要包括亮度调整、对比度增强、颜色增强和锐化等。
其中，亮度调整可以通过调整图像的灰度级分布来改变图像的明暗程度，从而提高图像的观看效果。
对比度增强可以通过调整图像的灰度级变化幅度来增强图像的对比度，使得图像中的细节更加清晰可见。
颜色增强则是通过增加或减少图像中的色彩饱和度和色彩对比度来增强图像的鲜艳程度和色彩层次感。
锐化是通过增强图像的高频成分，突出图像的边缘和细节，从而使得图像更加清晰锐利。
图像滤波是指通过一系列滤波器对图像进行滤波操作，以抑制或增强图像中的某些频率成分。
图像滤波方法主要分为线性滤波和非线性滤波两种。
线性滤波是一种基于图像卷积的滤波方法，常见的线性滤波器有均值滤波器、高斯滤波器和中值滤波器等。
均值滤波器通过计算邻域内像素的均值来平滑图像，从而减少噪声。
高斯滤波器则是通过计算邻域内像素的加权平均值来平滑图像，其加权系数符合高斯分布，因此可以有效地去除噪声的同时保留图像细节。
中值滤波器则是将邻域内像素的中值作为输出值，适用于去除椒盐噪声等脉冲噪声。
非线性滤波是一种基于排序统计的滤波方法，常见的非线性滤波器有最大值滤波器、最小值滤波器和中值滤波器等。
最大值滤波器通过选择邻域内像素的最大值作为输出值，可以有效地强调图像中的亮区域特征。
最小值滤波器则选择邻域内像素的最小值作为输出值，适用于强调图像中的暗区域特征。
中值滤波器也可以用作非线性滤波器，在去除椒盐噪声的同时保留图像细节。
除了上述常见的增强和滤波方法外，还有一些更高级的图像增强和滤波方法，如小波变换、退化模型和图像复原等。
图像增强算法（直方图均衡化、拉普拉斯、Log、伽马变换）
图像增强算法（直⽅图均衡化、拉普拉斯、Log、伽马变换）⼀、图像增强算法原理图像增强算法常见于对图像的亮度、对⽐度、饱和度、⾊调等进⾏调节，增加其清晰度，减少噪点等。
图像增强往往经过多个算法的组合，完成上述功能，⽐如图像去燥等同于低通滤波器，增加清晰度则为⾼通滤波器，当然增强⼀副图像是为最后获取图像有⽤信息服务为主。
⼀般的算法流程可为：图像去燥、增加清晰度（对⽐度）、灰度化或者获取图像边缘特征或者对图像进⾏卷积、⼆值化等，上述四个步骤往往可以通过不同的步骤进⾏实现，后续将针对此⽅⾯内容进⾏专题实验，列举其应⽤场景和处理特点。
本⽂章是⼀篇综合性⽂章，算是⼀篇抛砖引⽟的⽂章，有均衡化、提⾼对⽐度、降低对⽐度的算法。
1.1 基于直⽅图均衡化的图像增强图像对⽐度增强的⽅法可以分为两种：直接对⽐度增强⽅法，间接对⽐度增强⽅法。
直⽅图拉伸和直⽅图均衡化是常见的间接对⽐度增强⽅法。
直⽅图拉伸是利⽤对⽐度拉伸对直⽅图进⾏调整，扩⼤前景和背景灰度的差别，这种⽅法可以通过线性和⾮线性的⽅法来实现，其中ps中就是利⽤此⽅法提⾼对⽐度；直⽅图均衡化则是利⽤累积函数对灰度值进⾏调整，实现对⽐度的增强。
直⽅图均衡化处理原理：将原始图像的灰度图从⽐较集中的某个灰度区间均匀分布在整个灰度空间中，实现对图像的⾮线性拉伸，重新分配图像像素值。
算法应⽤场景：1、算法的本质是重新分布图像的像素值，增加了许多局部的对⽐度，整体的对⽐度没有进⾏太⼤改变，所以应⽤图像为图像有⽤数据的对⽐度相近是，例如：X光图像，可以将曝光过度或曝光不⾜照⽚进⾏更好的显⽰，或者是背景及前景太亮或太暗的图像⾮常有⽤。
2、算法当然也有缺点，具体表现为：变换后的图像灰度级减少，某些细节减少；某些图像有⾼峰值，则处理后对⽐度不⾃然的过分增强。
算法实现特点：1、均衡化过程：直⽅图均衡化保证在图像像素映射过程中原来的⼤⼩关系保持不变，即较亮的区域依旧较亮，较暗的依旧较暗，只是对⽐度增加，不能明暗颠倒；保证像素映射函数的值域在0和255之间。
使用Matlab进行图像增强与图像修复的方法
使用Matlab进行图像增强与图像修复的方法图像增强与图像修复是数字图像处理领域中的重要研究方向之一。
随着数字摄影和图像处理技术的快速发展，越来越多的应用需要对图像进行增强和修复，以提高图像的质量和视觉效果。
在本文中，我们将探讨使用Matlab进行图像增强和图像修复的方法。
一、图像增强方法图像增强是通过对图像进行处理，改善其质量，使其更加清晰、鲜明和易于观察。
下面将介绍几种常用的图像增强方法。
1. 灰度拉伸灰度拉伸是一种简单而有效的图像增强方法，通过拉伸图像的灰度范围，使得图像中的细节更加明确可见。
具体操作是将图像的最低灰度值映射到0，最高灰度值映射到255，中间的灰度值按比例映射到相应的范围。
在Matlab中，我们可以使用imadjust函数实现灰度拉伸。
2. 直方图均衡化直方图均衡化是一种常用的图像增强方法，通过对图像的灰度分布进行调整，使得图像的对比度得到增强。
具体操作是对图像的灰度直方图进行均衡化处理，将图像的灰度级分布均匀化。
在Matlab中，我们可以使用histeq函数实现直方图均衡化。
3. 锐化锐化是一种常用的图像增强方法，通过增强图像的边缘和细节，使得图像更加清晰和立体。
具体操作是对图像进行高通滤波，突出图像中的边缘信息。
在Matlab中，我们可以使用imsharpen函数实现图像锐化。
4. 去噪去噪是一种常用的图像增强方法，通过抑制图像中的噪声，提高图像的质量。
常见的去噪方法包括中值滤波、均值滤波和小波去噪等。
在Matlab中，我们可以使用medfilt2函数实现中值滤波。
二、图像修复方法图像修复是对图像中存在的缺陷或损坏进行补全或恢复的过程，以提高图像的可视化效果。
下面将介绍几种常用的图像修复方法。
1. 图像插值图像插值是一种常用的图像修复方法，通过根据已知的像素值推测缺失的像素值，从而补全图像中的缺失部分。
常见的插值方法包括最近邻插值、双线性插值和双立方插值等。
在Matlab中，我们可以使用interp2函数实现图像插值。
图像增强方法的研究
图像增强方法的研究
图像增强方法是指利用图像处理技术对图像进行处理，以提高图像的质量、增强图像的细节、改善图像的对比度和增加图像的可视化效果。
目前，图像增强方法的研究主要集中在以下几个方面：
1. 空域方法：空域图像增强方法是在图像的原始空间进行处理，常见的方法有直方图均衡化、灰度拉伸、局部对比度增强等。
这些方法主要通过调整图像的亮度、对比度和颜色分布来增强图像的视觉效果。
2. 频域方法：频域图像增强方法是将图像转换到频域进行处理，然后再将处理结果逆变换回到原始图像空间。
常见的方法有傅里叶变换、小波变换等。
这些方法主要通过增强图像的频率信息来改善图像的细节和清晰度。
3. 图像复原方法：图像复原方法主要用于恢复由于噪声污染、模糊等原因而失真的图像。
常见的方法有最小二乘法、滤波器等。
这些方法主要通过建立图像的数学模型，对图像进行复原和重建。
4. 深度学习方法：随着深度学习的快速发展，越来越多的研究开始将深度学习技术应用于图像增强领域。
通过利用大量的图像数据进行训练，深度学习方法可以学习到更准确的图像增强模型，并实现更好的图像增强效果。
总之，图像增强方法的研究旨在提高图像的视觉效果和质量，以满足人类视觉系统的需求。
随着技术的不断发展，未来还有很多新的图像增强方法将被提出和研究。
图像增强的方法有哪些
图像增强的方法有哪些
图像增强的方法包括以下几种：
1. 直方图均衡化（Histogram equalization）：通过调整图像的像素分布，增强图像的对比度。
2. 自适应直方图均衡化（Adaptive histogram equalization）：与直方图均衡化类似，但是对图像的小区域进行局部均衡化，可以更好地保留细节信息。
3. 均值滤波（Mean filter）：用图像中像素的平均值替代该像素的值，平滑图像的同时增强细节。
4. 中值滤波（Median filter）：用图像中像素的中值替代该像素的值，能够有效去除椒盐噪声，保留图像边缘。
5. 高斯滤波（Gaussian filter）：使用高斯函数对图像进行平滑，可以模糊图像的同时去除噪声。
6. 锐化增强（Sharpening）：利用锐化算子对图像进行卷积，突出图像的边缘和细节。
7. 退化与恢复（Degradation and restoration）：通过建立图像模糊模型和噪
声模型，对退化图像进行恢复。
8. 增强滤波（Enhancement filter）：通过设计特定的增强滤波器，对图像进行增强，如Sobel滤波器、Prewitt滤波器等。
9. 超分辨率（Super-resolution）：通过使用多帧图像或者其他方法，提高低分辨率图像的细节和清晰度。
以上仅是图像增强的一些常见方法，随着图像处理技术的不断发展，还有很多其他方法可以用于图像增强。
使用图像处理技术实现图像对比度增强的方法
使用图像处理技术实现图像对比度增强的方法图像对比度增强是一种常用的图像处理技术，用于提高图像的视觉质量和增强图像的细节。
通过增加图像的对比度，可以使图像的亮度范围更广，细节更加清晰，从而改善图像的观感和识别性能。
在图像处理领域，有许多方法可以实现图像对比度增强，以下是几种常见的方法。
1. 线性拉伸法线性拉伸法是最简单且最常用的图像对比度增强方法之一。
该方法基于图像灰度值的统计特性，将图像中的最小灰度值映射为0，最大灰度值映射为255，将其他灰度值按比例映射到这个范围内。
线性拉伸法适用于图像对比度较低的情况，并且易于实施。
2. 直方图均衡化直方图均衡化是一种常用的非线性图像对比度增强方法。
该方法通过对图像的直方图进行变换，将原始图像的灰度级分布映射到更均匀的分布上。
直方图均衡化可以增强图像的局部细节，增强图像的整体对比度。
然而，该方法可能会导致图像的细节过度增强和噪声放大，因此在应用时需要注意适当的参数选择和后处理。
3. 自适应直方图均衡化自适应直方图均衡化是对传统直方图均衡化的改进。
该方法通过将图像划分为局部区域，并对每个局部区域进行直方图均衡化来增强图像的对比度。
自适应直方图均衡化可以避免全局直方图均衡化的细节过度增强问题，提高图像增强效果的局部性和自适应性。
4. 非线性增强算法除了直方图均衡化外，还有许多非线性增强算法可以用于图像对比度增强。
例如，伽马校正可以通过调整图像的亮度值来增强图像的对比度，对数变换可以增强图像的低亮度区域细节。
非线性增强算法可以根据图像的特点和需求来选择，并通过调整参数来适应不同的图像。
在实际应用中，可以根据图像的特点和需求选择合适的图像对比度增强方法。
对于不同的图像，不同的方法可能会产生不同的效果。
因此，在选择和应用图像对比度增强方法时，需要综合考虑图像的特点、应用场景和对比度增强效果。
实验结果也可以通过与原始图像进行定性和定量的对比来评估图像对比度增强方法的效果，以选择最优的方法。
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图像增强所包含的主要内容如下图。
1.灰度变换
灰度变换可调整图像的动态范围或图像对比度,是图像增强的重要手段之一。
（1）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′],如下图
g(i，j)与f(i，j)之间的关系式为：
在曝光不足或过度的情况下，图像灰度可能会局限在一个很小的范围内。
这时在显示器上看到的将是一个模糊不清、似乎没有灰度层次的图像。
采用线性变换对图像每一个像素灰度作线性拉伸，可有效地改善图像视觉效果。
(2)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。
如下图所示。
设原图像在[0，M f],感兴趣目标所在灰度范围在[a,b],欲使其灰度范围拉伸到[c,d],则对应的分段线性变换表达式为
通过调整折线拐点的位置及控制分段直线的斜率，可对任一灰度区间进行拉伸或压缩。
(3)非线性灰度变换
当用某些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。
①对数变换
对数变换的一般表达式为
这里a,b,c是为了调整曲线的位置和形状而引入的参数。
当希望对图像的低灰度区较大的拉伸而对高灰度区压缩时，可采用这种变换，它能使图像灰度分布与人的视觉特性相匹配。
②指数变换
指数变换的一般表达式为
这里参数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。
2.直方图修整法
灰度直方图反映了数字图像中每一灰度级与其出现频率间的关系,它能描述该图
像的概貌。
通过修改直方图的方法增强图像是一种实用而有效的处理技术。
直方图修整法包括直方图均衡化及直方图规定化两类。
（1）直方图均衡化直方图均衡化是将原图像通过某种变换，得到一幅灰度直方图为均匀分布的新图像的方法。
下面先讨论连续变化图像的均衡化问题，然后推广到离散的数字图像上。
为讨论方便起见，设r和s分别表示归一化了的原图像灰度和经直方图修正后的图像灰度。
即。
在[0,1]区间内的任一个r值，都可产生一个s值，且。
T(r)作为变换函数，满足下列条件：
①在0≤r≤1内为单调递增函数，保证灰度级从黑到白的次序不变；
②在0≤r≤1内，有0≤T(r)≤1，确保映射后的像素灰度在允许的范围内。
反变换关系为，T-1(s)对s同样满足上述两个条件。
由概率论理论可知，如果已知随机变量r的概率密度为pr(r),而随机变量s是r的函数，则s的概率密度ps(s)可以由pr(r)求出。
假定随机变量s的分布函数用Fs(s) 表示，根据分布函数定义
利用密度函数是分布函数的导数的关系，等式两边对s求导，有：
可见，输出图像的概率密度函数可以通过变换函数T(r)可以控制图像灰度级的概率密度函数，从而改善图像的灰度层次，这就是直方图修改技术的基础。
从人眼视觉特性来考虑，一幅图像的直方图如果是均匀分布的，即Ps(s)=k(归一化时k=1)时，该图像色调给人的感觉上该图像比较协调。
因此要求将原直方图通过T(r)调整为均匀分布的.然后反过来按均衡化的直方图去调整原图像，以满足人眼视觉要求的目的。
因为归一化假定，由密度函数则有
，两边积分得，上式表明，当变换函数为r的累积分布函数时，能达到直方图均衡化的目的。
对于离散的数字图像，用频率来代替概率，则变换函数T(rk)的离散形式可表示为:
上式表明，均衡后各像素的灰度值s k可直接由原图像的直方图算出。
一幅图像s k
同r k之间的关系称为该图像的累积灰度直方图。
下面举例说明直方图均衡过程。
例：假定有一幅总像素为n=64×64的图像，灰度级数为8，各灰度级分布列于表中。
对其均衡化计算过程如下：
原图像的直方图均衡后图像的直方图直方图均衡化示例
（2）直方图规定化
在某些情况下，并不一定需要具有均匀直方图的图像，有时需要具有特定的直方图的图像，以便能够增强图像中某些灰度级。
直方图规定化方法就是针对上述思想提出来的。
直方图规定化是使原图像灰度直方图变成规定形状的直方图而对图像作修正的增强方法。
可见，它是对直方图均衡化处理的一种有效的扩展。
直方图均衡化处理是直方图规定化的一个特例。
对于直方图规定化，下面仍从灰度连续变化的概率密度函数出发进行推导，然后推广出灰度离散的图像直方图规定化算法。
假设pr(r)和pz(z)分别表示已归一化的原始图像灰度分布的概率密度函数和希望得到的图像的概率密度函数。
首先对原始图像进行直方图均衡化，即求变换函数：
假定已得到了所希望的图像，对它也进行均衡化处理，即
它的逆变换是
这表明可由均衡化后的灰度得到希望图像的灰度。
若对原始图像和希望图像都作了均衡化处理，则二者均衡化的ps(s)和pv(v)相同，即都为均匀分布的密度函数。
由s代替v 得z=G-1(s)，这就是所求得的变换表达式。
根据上述思想，可总结出直方图规定化增强处理的步骤如下：
①对原始图像作直方图均衡化处理；
②按照希望得到的图像的灰度概率密度函数pz(z)，求得变换函数G(z)；
③用步骤①得到的灰度级s作逆变换z= G-1(s)。
经过以上处理得到的图像的灰度级将具有规定的概率密度函数pz(z)。
采用与直方图均衡相同的原始图像数据（64×64像素且具有8级灰度），其灰度级分布列于表中。
给定的直方图的灰度分布列于表中。
对应的直方图如下：
原图像的直方图规定化直方图
原图像的直方图规定的直方图规定化后图像的直方图
利用直方图规定化方法进行图像增强的主要困难在于要构成有意义的直方图。
图像经直方图规定化，其增强效果要有利于人的视觉判读或便于机器识别。
下面是一个直方图规定化应用实例。
图(C)、(c)是将图像(A)按图(b)的直方图进行规定化得到的结果及其直方图。
通过对比可以看出图(C)的对比度同图（B)接近一致，对应的直方图形状差异也不大。
这样有利于影像融合处理，保证融合影像光谱特性变化小。