[科普中國(guó)]-圖像算法

介紹

圖像算法是指對(duì)圖像進(jìn)行處理所用的的算法。包括對(duì)圖像去噪、圖像變換、圖像分析、圖像壓縮、圖像增強(qiáng)、圖像模糊處理等。

分類(lèi)圖像變換圖像變換包括圖像的拉伸、收縮、扭曲、旋轉(zhuǎn)、傅里葉變換等。一般稱(chēng)原始圖像為空間域圖像，稱(chēng)變換后的圖像為轉(zhuǎn)換域圖像，轉(zhuǎn)換域圖像可反變換為空間域圖像。圖像處理中所用的變換都是酉變換，即變換核滿足正交條件的變換。經(jīng)過(guò)酉變換后的圖像往往更有利于特征抽取、增強(qiáng)、壓縮和圖像編碼。

圖像壓縮圖像壓縮是指以較少的比特有損或無(wú)損地表示原來(lái)的像素矩陣的技術(shù)，也稱(chēng)圖像編碼。信息時(shí)代帶來(lái)了“信息爆炸”，使數(shù)據(jù)量大增，因此，無(wú)論傳輸或存儲(chǔ)都需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮。在遙感技術(shù)中，各種航天探測(cè)器采用壓縮編碼技術(shù)，將獲取的巨大信息送回地面。圖像壓縮是數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)在數(shù)字圖像上的應(yīng)用，它的目的是減少圖像數(shù)據(jù)中的冗余信息從而用更加高效的格式存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。

圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)可分成兩大類(lèi)：頻率域法和空間域法。前者把圖像看成一種二維信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行基于二維傅里葉變換的信號(hào)增強(qiáng)。采用低通濾波（即只讓低頻信號(hào)通過(guò)）法，可去掉圖中的噪聲；采用高通濾波法，則可增強(qiáng)邊緣等高頻信號(hào)，使模糊的圖片變得清晰。后者空間域法中具有代表性的算法有局部求平均值法和中值濾波（取局部鄰域中的中間像素值）法等，它們可用于去除或減弱噪聲。

圖像增強(qiáng)的方法是通過(guò)一定手段對(duì)原圖像附加一些信息或變換數(shù)據(jù)，有選擇地突出圖像中感興趣的特征或者抑制(掩蓋)圖像中某些不需要的特征，使圖像與視覺(jué)響應(yīng)特性相匹配。在圖像增強(qiáng)過(guò)程中，不分析圖像降質(zhì)的原因，處理后的圖像不一定逼近原始圖像。圖像增強(qiáng)技術(shù)根據(jù)增強(qiáng)處理過(guò)程所在的空間不同，可分為基于空域的算法和基于頻域的算法兩大類(lèi)?；诳沼虻乃惴ㄌ幚頃r(shí)直接對(duì)圖像灰度級(jí)做運(yùn)算，基于頻域的算法是在圖像的某種變換域內(nèi)對(duì)圖像的變換系數(shù)值進(jìn)行某種修正，是一種間接增強(qiáng)的算法。

基于空域的算法分為點(diǎn)運(yùn)算算法和鄰域去噪算法。點(diǎn)運(yùn)算算法即灰度級(jí)校正、灰度變換和直方圖修正等，目的或使圖像成像均勻，或擴(kuò)大圖像動(dòng)態(tài)范圍，擴(kuò)展對(duì)比度。鄰域增強(qiáng)算法分為圖像平滑和銳化兩種。平滑一般用于消除圖像噪聲，但是也容易引起邊緣的模糊。常用算法有均值濾波、中值濾波。銳化的目的在于突出物體的邊緣輪廓，便于目標(biāo)識(shí)別。常用算法有梯度法、算子、高通濾波、掩模匹配法、統(tǒng)計(jì)差值法等?？沼蚍椒ㄓ兄狈綀D均衡化、灰度線性變化、圖像平滑、圖像銳化等。

頻域方法有低通濾波 、高通濾波等。低通濾波 包括理想低通濾波、巴特沃斯低通濾波、指數(shù)低通濾波、梯形低通濾波，高通濾波包括理想高通濾波、 巴特沃斯高通濾波、指數(shù)高通濾波、梯形高通濾波，還有彩色圖像增強(qiáng)（真彩色、假彩色、偽彩色增強(qiáng)）。

圖像模糊處理圖像模糊處理包括圖像模糊處理和圖像去噪處理，圖像模糊處理包括運(yùn)動(dòng)模糊（維納濾波、最小均方濾波、盲卷積等）、高斯模糊等，圖像去噪處理包括高斯噪聲處理（維納濾波、樣條插值、低通濾波 ）、椒鹽噪聲 處理等。

圖像插值傳統(tǒng)的插值方法有：最近鄰插值，雙線性插值，雙平方插值，雙立方插值以及其他高階方法。最近鄰插值和雙線性插值算法很容易出現(xiàn)鋸齒，生成的圖片質(zhì)量不好。因此一般只在對(duì)圖像質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合下采用。雙平方插值和雙立方插值，實(shí)質(zhì)上是“低通濾波器”，在增強(qiáng)圖像平滑效果的同時(shí)丟失了許多高頻信息。而在很多應(yīng)用場(chǎng)合．細(xì)節(jié)信息恰恰非常重要，要考慮如何在保證平滑效果的同時(shí)盡可能地保留細(xì)節(jié)信息。1