一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] -種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，用于圖像處理，屬于圖像增加方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像增強(qiáng)是指根據(jù)特定的需要突出圖像中的重要信息，同時(shí)減弱或去除不需要的 信息。從不同途徑獲取的圖像，通過進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)處理，可以將原本模糊不清甚至根本無 法分辨的原始圖像處理成清晰的富含大量有用信息的可使用圖像，有效地去除圖像中的噪 聲、增強(qiáng)圖像中的邊緣或其他感興趣的區(qū)域，從而更加容易對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢 測(cè)和測(cè)量。
[0003] 圖像增強(qiáng)的早期應(yīng)用是對(duì)宇宙飛船發(fā)回的圖像所進(jìn)行的各種處理。到了 70年代， 圖像處理技術(shù)的應(yīng)用迅速從宇航領(lǐng)域擴(kuò)展到生物醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)、資源環(huán)境科學(xué)、天文學(xué)、 物理學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、教育、藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域與行業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)、軍事、文化及人們的日常 生活產(chǎn)生重大的影響。
[0004] 圖像增強(qiáng)的目的是增強(qiáng)圖像的視覺效果，將原圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人眼觀察 和計(jì)算機(jī)分析處理的形式。它一般要借助人眼的視覺特性，以取得看起來較好的視覺效果， 很少涉及客觀和統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。增強(qiáng)的效果通常都與具體的圖像有關(guān)系，靠人的主觀感 覺加以評(píng)價(jià)。
[0005] 計(jì)算機(jī)圖像處理發(fā)展歷史并不長(zhǎng)，始于20世紀(jì)60年代，發(fā)展至今?，F(xiàn)在21世紀(jì) 的圖像處理技術(shù)正要向著高質(zhì)量化方面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)處理，采用數(shù)字全息技術(shù)使 圖像包含最為完整和豐富的信息，實(shí)現(xiàn)圖像的智能生成、處理、理解和識(shí)別。
[0006] 圖像增強(qiáng)作為圖像處理的重要組成部分，傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)方法對(duì)于改善圖像質(zhì)量 發(fā)揮了重要作用。隨著對(duì)圖像增強(qiáng)技術(shù)研究的不斷深入，新的圖像增強(qiáng)方法也不斷地涌現(xiàn)。 目前主要是分為傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)方法、基于多尺度分析的圖像增強(qiáng)方法以及數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)增 強(qiáng)方法等。
[0007] 由于目前還沒有一種通用的衡量圖像質(zhì)量的指標(biāo)能夠用來評(píng)價(jià)圖像增強(qiáng)方法的 優(yōu)劣，圖像增強(qiáng)理論有待進(jìn)一步完善。也正因如此，圖像增強(qiáng)技術(shù)的探索具有實(shí)驗(yàn)性和多樣 性。增強(qiáng)的方法往往也具有針對(duì)性，以至于對(duì)某類圖像效果較好的增強(qiáng)方法未必適用于另 一類圖像。在實(shí)際情況中，要找到一種有效的方法必須廣泛地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在沒有給定圖像怎 樣被降低質(zhì)量的先驗(yàn)知識(shí)時(shí)，要預(yù)測(cè)某種具體方法的效用是很困難的。所以經(jīng)常采用的方 法是，使用幾組增強(qiáng)技術(shù)的組合或使用調(diào)節(jié)參量的方法。且要想獲得一個(gè)滿意的增強(qiáng)效果， 往往需要人機(jī)的交互作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處提供了一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，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)，使得模糊的 圖片變得清晰。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0010] -種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于：
[0011] ⑴獲取原始圖像；
[0012] (2)利用傅立葉變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到頻域空間；
[0013] (3)在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像；
[0014] (4)轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟（2)中，利用傅立葉變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到 頻域空間的具體步驟如下：
[0016] (21)讀取圖像；
[0017] (22)將讀取的圖像矩陣格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
[0018] (23)將已進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的圖像矩陣用博立葉變換到頻域，即將零點(diǎn)移動(dòng)到中心；
[0019] (24)對(duì)用博立葉變換到頻域的圖像矩陣進(jìn)行幅值求解，并對(duì)幅值做歸一化處理；
[0020] (25)對(duì)進(jìn)行歸化處理的圖像矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，顯示頻譜。
[0021] 進(jìn)一步，所述步驟（23)中，將已進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的圖像矩陣用博立葉變換到頻域可 表示為：
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 式中 X = 0,1，2，…，M - I ;y = 0,1，2，…，N - 1。
[0026] 進(jìn)一步，所述步驟（3)中，在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像可表 示為：
[0027] G(u, v) = F (u, v)H(u, v),
[0028] 式中，F(xiàn)(u，v)為含有噪聲的原圖像的傅里葉變換域；H(u，v)為傳遞函數(shù)；G(u，v) 為經(jīng)低通濾波后輸出圖像的傅里葉變換；
[0029] 低通濾波器的傳遞函數(shù)為：
[0030]
[0031] 式中，D(u, V) = (u2+v2)1/2表示點(diǎn)（u, V)到原點(diǎn)的距離，D。表示截止頻率點(diǎn)到原點(diǎn) 的距離。
[0032] 進(jìn)一步，所述步驟（4)中，轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變 換得到圖像增強(qiáng)的具體步驟如下：
[0033] (41)獲得傅立葉變換矩陣f = ifft2(F);
[0034] (42)求獲得傅立葉變換矩陣的實(shí)部或模；
[0035] (43)對(duì)求得的變換矩陣的實(shí)部或模進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，顯示圖像。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0037] -、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)，使得模糊的圖片變得清晰；
[0038] 二、將圖像看作是一個(gè)矩陣，所謂圖像變換，就是通過變換矩陣，將圖像矩陣變換 成另一個(gè)矩陣，變換后的矩陣能得到某些圖像的信息，傅立葉變換將空間域與頻率域聯(lián)系 起來，一個(gè)空間域的序列通過傅立葉變換得到對(duì)應(yīng)的頻域的序列，通過反變換亦能得到原 始的序列；
[0039] 三、運(yùn)算復(fù)雜度低，容易實(shí)現(xiàn)并行處理，具有直觀的去變形超分辨率機(jī)制。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0042] 一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，包括如下步驟：
[0043] (1)獲取原始圖像；
[0044] (2)利用傅立葉變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到頻域空間；利用傅立葉 變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到頻域空間的具體步驟如下：
[0045] (21)讀取圖像；
[0046] (22)將讀取的圖像矩陣格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
[0047] (23)將已進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的圖像矩陣用博立葉變換到頻域，即將零點(diǎn)移動(dòng)到中心； 在頻率域中的濾波包括以下步驟：①用（-l) x+y乘以輸入圖像來進(jìn)行中心變換；②計(jì)算經(jīng) 過第①步中心化處理后圖像的DFT，即F(u，v);③把F(u，v)與濾波器傳遞函數(shù)H(u，v)相 乘；④對(duì)第③步的結(jié)果計(jì)算逆DFT ;⑤取第④步結(jié)果的實(shí)部；⑥用（一 l)x+y第⑤步的結(jié)果 以還原濾波后圖像的中心點(diǎn)到左上角。
[0048] 將已進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的圖像矩陣用博立葉變換到頻域可表示為：
[0049]
[0050] 1，
[0051]
[0052] 式中 X = 0,1，2，…，M - I ;y = 0,1，2，…，N - 1。
[0053] (24)對(duì)用博立葉變換到頻域的圖像矩陣進(jìn)行幅值求解，并對(duì)幅值做歸一化處理；
[0054] (25)對(duì)進(jìn)行歸化處理的圖像矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，顯示頻譜。
[0055] (3)在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像；在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函 數(shù)處理頻域空間中的圖像可表示為：
[0056] G (u, v) = F (u, v) H (u, v),
[0057] 式中，F(xiàn)(u, v)為含有噪聲的原圖像的傅里葉變換域；H(u, v)為傳遞函數(shù)；G(u, v) 為經(jīng)低通濾波后輸出圖像的傅里葉變換；
[0058] 低通濾波器的傳遞函數(shù)為：
[0059]
[0060] 式中，D(u, V) = (u2+v2)1/2表示點(diǎn)（u, V)到原點(diǎn)的距離，D。表示截止頻率點(diǎn)到原點(diǎn) 的距離。
[0061 ] (4)轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)。轉(zhuǎn)移 函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)的具體步驟如下：
[0062] (41)獲得傅立葉變換矩陣f = ifft2(F);
[0063] (42)求獲得傅立葉變換矩陣的實(shí)部或模；
[0064] (43)對(duì)求得的變換矩陣的實(shí)部或模進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，顯示圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于： (1) 獲取原始圖像； (2) 利用傅立葉變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到頻域空間； (3) 在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像； (4) 轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于：所述步驟（2) 中，利用傅立葉變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到頻域空間的具體步驟如下： (21) 讀取圖像； (22) 將讀取的圖像矩陣格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換； (23) 將已進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的圖像矩陣用博立葉變換到頻域，即將零點(diǎn)移動(dòng)到中心； (24) 對(duì)用博立葉變換到頻域的圖像矩陣進(jìn)行幅值求解，并對(duì)幅值做歸一化處理； (25) 對(duì)進(jìn)行歸化處理的圖像矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，顯示頻譜。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于：所述步驟 (23)中，將已進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換的圖像矩陣用博立葉變換到頻域可表示為：式中 x = 0，l，2，…，M-l;y = 0，l，2，…，N-1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于：所述步驟（3) 中，在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像可表示為： G(u, v) = F(u, v)H(u, v), 式中，F(xiàn)(u，v)為含有噪聲的原圖像的傅里葉變換域；H(u，v)為傳遞函數(shù)；G(u，v)為經(jīng) 低通濾波后輸出圖像的傅里葉變換； 低通濾波器的傳遞函數(shù)為：式中，D(u，v) = (u2+v2)1/2表示點(diǎn)（u，v)到原點(diǎn)的距離，D。表示截止頻率點(diǎn)到原點(diǎn)的距 離。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，其特征在于：所述步驟（4) 中，轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)的具體步驟如 下： (41) 獲得傅立葉變換矩陣f = ifft2(F); (42) 求獲得傅立葉變換矩陣的實(shí)部或模； (43) 對(duì)求得的變換矩陣的實(shí)部或模進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，顯示圖像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于頻率域的圖像增強(qiáng)方法，屬于圖像增加方法技術(shù)領(lǐng)域，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)，使得模糊的圖片變得清晰。本發(fā)明包括（1）獲取原始圖像；（2）利用傅立葉變換方法將原始圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到頻域空間；（3）在頻域空間中，用轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像；（4）轉(zhuǎn)移函數(shù)處理頻域空間中的圖像后，將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)。本發(fā)明用于圖像處理。
【IPC分類】G06T5/00, G06T3/00
【公開號(hào)】CN105139362
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510609791
【發(fā)明人】張岱, 齊弘文
【申請(qǐng)人】成都融創(chuàng)智谷科技有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日