1、 圖像增強(qiáng)與變換圖像增強(qiáng)與變換的的目的是突出相關(guān)的專題目的是突出相關(guān)的專題信息，提高圖像的視覺信息，提高圖像的視覺效果，使分析者更容易效果，使分析者更容易識別地物，更易于從圖識別地物，更易于從圖像中提取有用的定量化像中提取有用的定量化信息。信息。 圖像增強(qiáng)和變換通圖像增強(qiáng)和變換通常都在圖像校正后進(jìn)行，常都在圖像校正后進(jìn)行，必須要消除圖像的各種必須要消除圖像的各種噪聲，否則分析者面對噪聲，否則分析者面對的只是各種增強(qiáng)的噪聲。的只是各種增強(qiáng)的噪聲。 對比度拉伸對比度拉伸是遙感數(shù)字圖像處理中最基本最常是遙感數(shù)字圖像處理中最基本最常用的增強(qiáng)技術(shù)，主要通過改變灰度分布態(tài)勢，擴(kuò)展用的增強(qiáng)技術(shù)，主要通過改變

2、灰度分布態(tài)勢，擴(kuò)展灰度分布區(qū)間，達(dá)到增強(qiáng)反差的目的。是一種直接灰度分布區(qū)間，達(dá)到增強(qiáng)反差的目的。是一種直接改變像元的灰度值來改變圖像像元對比度，從而改改變像元的灰度值來改變圖像像元對比度，從而改善圖像質(zhì)量的方法。善圖像質(zhì)量的方法。 其處理方式是主要是點(diǎn)運(yùn)算，其處理方式是主要是點(diǎn)運(yùn)算，即對于一幅圖像，即對于一幅圖像，處理后輸出圖像的灰度值僅由相應(yīng)輸入像元的灰度處理后輸出圖像的灰度值僅由相應(yīng)輸入像元的灰度值決定，與周圍的像元不發(fā)生直接聯(lián)系。值決定，與周圍的像元不發(fā)生直接聯(lián)系。 常用的方法常用的方法是線性變換、非線性變換和直方圖是線性變換、非線性變換和直方圖調(diào)整。調(diào)整。 1 1、線性變換、線性變換

3、為了改變圖像的對比度，必須改變圖像像元的為了改變圖像的對比度，必須改變圖像像元的灰度值，這種改變的本質(zhì)是構(gòu)建變換函數(shù)。當(dāng)函數(shù)灰度值，這種改變的本質(zhì)是構(gòu)建變換函數(shù)。當(dāng)函數(shù)是線性或分段線性時(shí)，就稱為線性變換。是線性或分段線性時(shí)，就稱為線性變換。 線性變換線性變換也叫也叫“線性拉伸線性拉伸”，目的是將像元值，目的是將像元值的變動(dòng)范圍按線性關(guān)系擴(kuò)展到指定范圍。的變動(dòng)范圍按線性關(guān)系擴(kuò)展到指定范圍。 函數(shù)符合以下線性關(guān)系：函數(shù)符合以下線性關(guān)系： 直線與橫軸的夾角大直線與橫軸的夾角大于于4545時(shí)，圖像被拉時(shí)，圖像被拉伸，灰度動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)伸，灰度動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大；反之，圖像被壓大；反之，圖像被壓縮，灰度范圍縮小。

4、縮，灰度范圍縮小。 低反射率圖象低反射率圖象高反射率圖象高反射率圖象 2 2、分段線性變換、分段線性變換 有時(shí)為了更好地調(diào)節(jié)圖像對比度，需要在一些有時(shí)為了更好地調(diào)節(jié)圖像對比度，需要在一些灰度段拉伸，而在另一些灰度段壓縮，這種變換稱灰度段拉伸，而在另一些灰度段壓縮，這種變換稱為為分段線性變換分段線性變換。分段線性變換時(shí)，變換函數(shù)不同，。分段線性變換時(shí)，變換函數(shù)不同，在變換坐標(biāo)系中成為折線，間斷點(diǎn)的位置根據(jù)需要在變換坐標(biāo)系中成為折線，間斷點(diǎn)的位置根據(jù)需要決定。決定。 第一、三段亮度值變第一、三段亮度值變小；第二段間隔變大。??；第二段間隔變大?？梢姡淖儞Q突出了可見，改變換突出了原灰度值原灰度值6-

5、116-11這部分這部分信息。信息。注：小數(shù)四舍五入。注：小數(shù)四舍五入。 3 3、非線性變換、非線性變換 當(dāng)函數(shù)為非線性時(shí)，即為非線性變換。非線性當(dāng)函數(shù)為非線性時(shí)，即為非線性變換。非線性變換的函數(shù)很多，常用的是指數(shù)和對數(shù)函數(shù)變換。變換的函數(shù)很多，常用的是指數(shù)和對數(shù)函數(shù)變換。（1 1）指數(shù)函數(shù)：）指數(shù)函數(shù)： 在灰度較高的部分?jǐn)U在灰度較高的部分?jǐn)U大灰度間隔和范圍，大灰度間隔和范圍，屬于拉伸；而在灰度屬于拉伸；而在灰度較低的部分縮小灰度較低的部分縮小灰度間隔，屬于壓縮。間隔，屬于壓縮。指數(shù)函數(shù)指數(shù)函數(shù) （2 2）對數(shù)函數(shù)：）對數(shù)函數(shù)： 與指數(shù)函數(shù)相反，在與指數(shù)函數(shù)相反，在灰度較低的部分拉伸，灰度較低

6、的部分拉伸，而在灰度較高的部分而在灰度較高的部分壓縮。壓縮。對數(shù)函數(shù)對數(shù)函數(shù) 4 4、直方圖調(diào)整、直方圖調(diào)整 大多數(shù)遙感圖像由于其灰度分布集中在較窄的大多數(shù)遙感圖像由于其灰度分布集中在較窄的范圍內(nèi)，使圖像的細(xì)節(jié)不夠清晰，對比度較低。為范圍內(nèi)，使圖像的細(xì)節(jié)不夠清晰，對比度較低。為了使圖像的灰度范圍拉開或使灰度均勻分布，從而了使圖像的灰度范圍拉開或使灰度均勻分布，從而增大反差，圖像細(xì)節(jié)清晰，通常采用直方圖調(diào)整。增大反差，圖像細(xì)節(jié)清晰，通常采用直方圖調(diào)整。 包括三種方法：包括三種方法： （1 1）直方圖均衡化）直方圖均衡化 直方圖均衡化又叫拉平擴(kuò)展，是直方圖均衡化又叫拉平擴(kuò)展，是將隨機(jī)分布的將隨機(jī)分

7、布的直方圖修改成均勻分布的直方圖的方法直方圖修改成均勻分布的直方圖的方法。其實(shí)質(zhì)是。其實(shí)質(zhì)是對原圖像進(jìn)行重新分配圖像的像元灰度值，使一定對原圖像進(jìn)行重新分配圖像的像元灰度值，使一定灰度范圍內(nèi)的像元數(shù)量大致相等?；叶确秶鷥?nèi)的像元數(shù)量大致相等。 從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看，就是把一個(gè)概率密度函數(shù)從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看，就是把一個(gè)概率密度函數(shù)通過某種變換變成均勻分布的隨機(jī)概率密度函數(shù)。通過某種變換變成均勻分布的隨機(jī)概率密度函數(shù)。 可以從下面的數(shù)學(xué)過程進(jìn)行理解：可以從下面的數(shù)學(xué)過程進(jìn)行理解： 原始圖像原始圖像a a的直方圖可以用一維數(shù)組表示：的直方圖可以用一維數(shù)組表示：均衡后圖像均衡后圖像b b的直方圖也用一維數(shù)組表示：

8、的直方圖也用一維數(shù)組表示：其中：其中： m m為均衡后的直方圖灰度級，因此直方圖為均衡后的直方圖灰度級，因此直方圖均衡必須實(shí)現(xiàn)確定均衡后的灰度級均衡必須實(shí)現(xiàn)確定均衡后的灰度級m m。由直方。由直方圖定義可知：圖定義可知： 綜上可得：綜上可得：。 因此可以通過累積直方圖曲線作為均衡化因此可以通過累積直方圖曲線作為均衡化的基本變換函數(shù)，如下圖所示：的基本變換函數(shù)，如下圖所示： 均衡化后，原直方圖均衡化后，原直方圖灰度分布較密集的部灰度分布較密集的部分被拉伸，反之被壓分被拉伸，反之被壓縮。意味著原圖像中縮。意味著原圖像中等亮度的區(qū)域?qū)Ρ榷鹊攘炼鹊膮^(qū)域?qū)Ρ榷鹊玫綌U(kuò)展，兩端亮度得到擴(kuò)展，兩端亮度區(qū)域相對

9、壓縮，從而區(qū)域相對壓縮，從而使得圖像的總體對比使得圖像的總體對比度得以提高。度得以提高。 直接從圖像上看，直方圖均衡化的效果：直接從圖像上看，直方圖均衡化的效果： a a、各灰度級所占的圖像面積近似相等，因、各灰度級所占的圖像面積近似相等，因?yàn)槟承┗叶燃壋霈F(xiàn)頻率高的像元灰度不可能被分為某些灰度級出現(xiàn)頻率高的像元灰度不可能被分割；割； b b、原圖像上頻率小的灰度級被合并，頻率、原圖像上頻率小的灰度級被合并，頻率高的灰度級被保留，因此可以增強(qiáng)原圖像上大面高的灰度級被保留，因此可以增強(qiáng)原圖像上大面積地物與周圍地物的反差；積地物與周圍地物的反差； c c、如果輸出數(shù)據(jù)分段級（即、如果輸出數(shù)據(jù)分段級（

10、即m m）較小，則會(huì)）較小，則會(huì)產(chǎn)生一些大類地物的近似輪廓。產(chǎn)生一些大類地物的近似輪廓。 （2 2）直方圖正態(tài)化）直方圖正態(tài)化 直方圖正態(tài)化直方圖正態(tài)化是將隨機(jī)分布的原圖像直方是將隨機(jī)分布的原圖像直方圖變成高斯（正態(tài)）分布的直方圖，又叫高斯圖變成高斯（正態(tài)）分布的直方圖，又叫高斯擴(kuò)展。其方法與均衡化類似，也采用累加的方擴(kuò)展。其方法與均衡化類似，也采用累加的方法。如圖所示：法。如圖所示：注：若原圖像某一灰度頻率很高，勉強(qiáng)變換后使其對注：若原圖像某一灰度頻率很高，勉強(qiáng)變換后使其對應(yīng)的灰度頻率降低，造成對該部分壓縮而喪失信息。應(yīng)的灰度頻率降低，造成對該部分壓縮而喪失信息。 （3 3）直方圖匹配）直方圖匹配 直方圖匹配直方圖匹配也叫直方圖規(guī)定化，指把原圖也叫直方圖規(guī)定化，指把原圖像的直方圖變換為某種指定形態(tài)的直方圖或某像的直方圖變換為某種指定形態(tài)的直方圖或某一參考圖像的直方圖，然后按照已知直方圖調(diào)一參考圖像的直方圖，然后按照已知直方圖調(diào)整原圖像各像元的灰度值，最后得到一幅直方整原圖像各像元的灰度值，最后得到一幅直方圖匹配的圖像。圖匹配的圖像。 因此，正態(tài)化是匹配的特