6-圖像畸變校正

1、實驗五實驗五圖像形狀及顏色畸變的校正圖像形狀及顏色畸變的校正一、一、實驗目的與要求實驗目的與要求讓學生了解數(shù)字圖像的數(shù)學表達及相關概念，通過實驗讓學生加深對數(shù)學在相關學科的應用價值的認識，培養(yǎng)學生的實際操作能力，并引導他們建立基礎學科在處理具體問題時方法上聯(lián)系。二、二、問題描述問題描述對于在顏色或形狀上發(fā)生畸變的圖像，通過數(shù)學的方法實現(xiàn)校正。三、問題分析三、問題分析先由教師講授數(shù)字圖像的基本概念（包括圖像的數(shù)學化、采樣、量化、灰度、各種

2、數(shù)學圖像的文件格式、表色系、顏色映像等），再通過具體的實例給學生示范對于在顏色或形狀上發(fā)生畸變的圖像如何通過數(shù)學的方法實現(xiàn)校正的過程。最后讓學生動手完成對某些特殊畸變的圖像的校正，寫出數(shù)學原理和實驗報告。四、背景知識介紹四、背景知識介紹1.數(shù)字圖像的數(shù)值描述及分類數(shù)字圖像的數(shù)值描述及分類圖像圖像是對客觀存在物體的一種相似性的生動模仿與描述，是物體的一種不完全的不精確的描述。數(shù)字圖像數(shù)字圖像是用一個數(shù)字陣列來表示的圖像。數(shù)字陣列中的每個數(shù)

3、字，表示數(shù)字圖像的一個最小單位，稱為像素像素。采樣采樣是將空域上或時域上連續(xù)的圖像變換成離散采樣點（像素）集合的一種操作。對一幅圖像采樣后，若每行像素為M個，每列像素為N個，則圖像大小為MN個像素。例如，一幅640480的圖像，就表示這幅連續(xù)圖像在長、寬方向??上分別分成640個和480個像素。顯然，想要得到更加清晰的圖像質(zhì)量，就要提高圖像的采樣像素點數(shù)，即使用更多的像素點來表示該圖像?？陀^世界是三維的，從客觀場景中所拍攝到的圖像是二維

4、信息。因此，一幅圖像可以定義為一個二維函數(shù)f(xy)其中xy是空間坐標。對任何一對空間坐標(xy)上的幅值f(xy)，成為表示圖像在該點上的強度或灰度，強度或灰度，或簡稱為像素值。像素值。因為矩陣是二維結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，同時量化值取整數(shù)，因此，一幅數(shù)字圖像可以用一個整數(shù)矩陣來表示。矩陣的元素位置(ij)，就對應于數(shù)字圖像上的一個像素點的位置。矩陣元素的值f(ij)就是對應像素點上的像素值。值得注意的是矩陣中元素f(ij)的坐標含義是i為行坐標

5、，j是列坐標。而像素f(xy)的坐標含義一般指直角坐標系中的坐標，兩者的差異如下圖：0列坐標(j)行坐標(i)矩陣元素f(ij)0縱坐標(y)橫坐標(x)像素f(xy)圖1.1矩陣坐標系與直角坐標系對應于不同的場景內(nèi)容，數(shù)字圖像可以大致分為二值圖像，灰度圖像，彩色圖像三類。程度它可用來區(qū)別顏色的深淺程度.對于同一色調(diào)的彩色光飽和度越深顏色越鮮明或說越純例如鮮紅色飽和度高而粉紅色的飽和度低.完全飽和的顏色是指沒有滲入白光所呈現(xiàn)的顏色例如僅

6、由單一波長組成的光譜色就是完全飽和的顏色。亮度亮度(brightness)亮度是視覺系統(tǒng)對可見物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性.亮度是光作用于人眼時所引起的明亮程度的感覺它與被觀察物體的發(fā)光強度有關.由于其強度的不同看起來可能會亮一些或暗一些.對于同一物體照射光越強反射光也越強感覺越亮對于不同的物體在相同照射情況下反射越強者看起來越亮。通常把色調(diào)和飽和度通稱為色度.亮度是用來表示某彩色光的明亮程度而色度則表示顏色的類別與深淺程度。五、實驗

7、過程五、實驗過程1圖像畸變介紹圖像畸變介紹從數(shù)字圖像處理的觀點來考察畸變校正實際上是一個圖像恢復的過程是對一幅退化了的圖像進行恢復。在圖像處理中，圖像質(zhì)量的改善和校正技術，也就是圖像復原，當初是在處理從人造衛(wèi)星發(fā)送回來的劣質(zhì)圖像的過程中發(fā)展、完善的。目前，圖像畸變校正的應用領域越來越廣，幾乎所有涉及應用掃描和成像的領域都需要畸變校正。圖像在生成和傳送的過程中，很可能會產(chǎn)生畸變，如：偏色、模糊、幾何失真、幾何傾斜等等。前幾種失真主要是體現(xiàn)

8、在顯示器上，而后一種失真則多與圖像集角度有關。不正確的顯影，打印、掃描，抓拍受反射光線的影響等方式，都會使圖像產(chǎn)生偏色現(xiàn)像。模糊、幾何畸變主要是在儀器采集圖片過程中產(chǎn)生，大多是因機器故障或操作不當影響導致，如在醫(yī)學成像方面。而幾何空間失真廣泛存在于各種實際工程應用中，尤其是在遙感、遙測等領域。2圖像畸變校正過程所用到的重要工具圖像畸變校正過程所用到的重要工具灰度直方圖是關于灰度級分布的函數(shù)，是對圖象中灰度級分布的統(tǒng)計?；叶戎狈綀D是將數(shù)字

9、圖象中的所有像素，按照灰度值的大小，統(tǒng)計其所出現(xiàn)的頻度。通常，灰度直方圖的橫坐標表示灰度值，縱坐標為想像素個數(shù)。直方圖上的一個點的含義是，圖像存在的等于某個灰度值的像素個數(shù)的多少。這樣通過灰度直方圖就可以對圖像的某些整體效果進行描述。從數(shù)學上講，圖像的灰度直方圖是圖像各灰度值統(tǒng)計特征與圖像灰度值出現(xiàn)的頻率。從圖形上來講，它是一個一維曲線，表征了圖像的最基本的統(tǒng)計特征。作為表征圖像特征的信息而在圖像處理中起著重要的作用。由于直方圖反映了圖

10、像的灰度分布狀況，所以從對圖像的觀察與分析，到對圖像處理結(jié)果的評價，灰度直方圖都可以說是最簡單、最有效的工具。3圖像顏色畸變校正介紹圖像顏色畸變校正介紹圖像顏色畸變現(xiàn)象可以是由攝像器材導致，也可以是由于真實環(huán)境本身就偏色導致，還有的是由于圖像放置過久氧化、老化導致。無論其產(chǎn)生的原因如何，其校正方法都是類似的。圖像顏色畸變校正在社會生活、工作中應用十分廣泛。小到家庭生活圖像處理，大到醫(yī)學成像應用、罪犯識別和國防偵察，都離不開它。由于灰度圖