圖像處理基本算法操作

圖像處理基本算法操作從處理對(duì)象的多少可以有如下劃分：

點(diǎn)運(yùn)算：處理點(diǎn)單元信息的運(yùn)算

群運(yùn)算：處理群?jiǎn)卧?（若干個(gè)相鄰點(diǎn)的集合）的運(yùn)算

表1 圖像處理操作按處理對(duì)象數(shù)量分類表格

下圖是一副普通的吉普車(chē)圖像和我們生活中見(jiàn)到的并沒(méi)有什么兩樣，但是在計(jì)算機(jī)看來(lái)則是另外一副“模樣”了。圖像中黃色部分則是幾部車(chē)圖像倒車(chē)鏡的局部圖像在計(jì)算機(jī)中的形態(tài)。

圖1 計(jì)算機(jī)圖像的真實(shí)表現(xiàn)形態(tài)

以上圖為例說(shuō)明幾種重要的點(diǎn)運(yùn)算和群運(yùn)算。

1. 二值化操作

圖像二值化是圖像處理中十分常見(jiàn)且重要的操作，它是將灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像或灰度圖像的過(guò)程。二值化操作有很多種，例如一般二值化、翻轉(zhuǎn)二值化、截?cái)喽祷?、置零二值化、置零翻轉(zhuǎn)二值化。

其中src(x,y)表示的是原始圖像中第x行第y列像素值。

如果去圖像中左上角3X3的鄰域，thresh取200，maxval取255，閾值方法選擇一般二值化（THRESH_BINARY），那么操作過(guò)后的結(jié)果如下：

圖2 一般二值化圖示

在圖2中，一般二值化下底表示為0，上頂表示為maxval，其中藍(lán)色橫線則表示閾值（thresh）。超過(guò)該閾值則為maxval，否則為0。

（a） 操作前

（b） 操作后

2. 直方圖處理

直方圖是圖像處理中另一重要處理過(guò)程，它反映圖像中不同像素值的統(tǒng)計(jì)信息。從這句話我們可以了解到直方圖信息僅反映灰度統(tǒng)計(jì)信息，與像素具體位置沒(méi)有關(guān)系。這一重要特性在許多識(shí)別類算法中直方圖處理起到關(guān)鍵作用。假設(shè)現(xiàn)有3X3的大小的圖像。像素值分別為6，3，3，8，6，8，3，3，3，那么它的統(tǒng)計(jì)直方圖則為

假設(shè)圖1中反光鏡的直方圖為下圖所示。

假設(shè)我們對(duì)直方圖中中某一灰度信息進(jìn)行置零操作，那么反映在直方圖圖上則是該灰度的柱狀高度為0。

值得一說(shuō)的是二值化處理和某些直方圖處理屬于不可逆運(yùn)算，而亮度映射、加法運(yùn)算、翻轉(zhuǎn)運(yùn)算 、尺度運(yùn)算 、對(duì)數(shù)運(yùn)算 、指數(shù)運(yùn)算等皆屬于可逆運(yùn)算。

3. 模板卷積運(yùn)算

模板運(yùn)算是圖像處理中使用頻率相當(dāng)高的一種運(yùn)算，很多操作可以歸結(jié)為模板運(yùn)算，例如平滑處理，濾波處理以及邊緣特征提取處理等。這里需要說(shuō)明的是模板運(yùn)算所使用的模板通常說(shuō)來(lái)就是NXN的矩陣（N一般為奇數(shù)如3,5,7,...），如果這個(gè)矩陣是對(duì)稱矩陣那么這個(gè)模板也稱為卷積模板，如果不對(duì)稱則是一般的運(yùn)算模板。我們通常使用的模板一般都是卷積模板。如邊緣提取中的Sobel算子模板。

圖 4-a Mx算子模板

圖4-bMy算子模板

模板運(yùn)算一般操作過(guò)程分為以下三個(gè)步驟：

定"錨點(diǎn) "：就是處理之后的結(jié)果值的保存位置，該位置稱為"錨點(diǎn) "，有時(shí)候也不在中心。

對(duì)位相乘：模板和原圖像的待處理區(qū)域，進(jìn)行對(duì)位相乘運(yùn)算

求和：將步驟2中模板區(qū)域內(nèi)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行求和，將求和的結(jié)果置于"錨點(diǎn) "

4. 形態(tài)學(xué)處理

形態(tài)學(xué)處理是二值圖像處理中的經(jīng)典處理手段，主要有膨脹處理和腐蝕處理。也包含一些其他操作如 二值開(kāi)閉運(yùn)算、骨架抽取、極限腐蝕、擊中擊不中變換、形態(tài)學(xué)梯度、Top-hat變換、顆粒分析、流域變換等。

膨脹和腐蝕操作主要的功能有：

消除雜波，噪聲信息

填充圖像內(nèi)部的"孔洞"

平滑邊緣毛刺

膨脹和腐蝕具有類似的數(shù)學(xué)模型，這里就一起介紹了，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)膨脹就是取最大值，腐蝕操作是取最小值。

膨脹操作的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

腐蝕操作的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

膨脹操作和腐蝕操作一般的處理過(guò)程如下：

按照選定的處理核(NxN，一般N為奇數(shù))與源圖像的區(qū)域進(jìn)行逐個(gè)“錨點(diǎn)”配對(duì)

將配對(duì)的處理鄰域信息進(jìn)行相應(yīng)操作，膨脹操作就取最大值，腐蝕操作就取最小值

求的結(jié)果作為源圖像中配對(duì)區(qū)域的數(shù)值。

圖a 原圖

圖b 膨脹處理圖

圖c 腐蝕處理