【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 整 體 和 局 部 的 色 度 、亮 度 的 特 征 和 規(guī) 律 。 由 于 圖 像 的 每 個(gè) 像 素 都 具 有 三 個(gè) 不 同 的 顏 色 分 量 ， 從 而 有大 量 的 顏 色 信 息 包 含 在 彩 色 圖 像 中 ， 因 此 系 統(tǒng) 在 存 儲(chǔ) 上 所 占 的 資 源 很 多 ， 同 時(shí)系 統(tǒng) 的 處 理 速 度 也 會(huì) 降 低 。 由 于 圖 像 在 包 含 的 許 多 有 用 信 息 的 同 時(shí) 還 包 含 許 許多 多 的 無 用 的 信 息 ， 這 些 信 息 對(duì) 圖 像 識(shí) 別 形 成 了 極 大 的 干 擾 ， 因 此 必 須 對(duì) 圖 像進(jìn) 行 灰 度 化 ， 這 樣 濾 除 了 許 多 無 用 的 信 息 ， 加 快 了 處 理 的 速 度 。灰 度 顏 色 中 的 分 量 R=G=B， 它 們 的 取 值 叫 做 灰 度 值 。 因 為 灰 度 值 取 值 范圍 是 0255， 所 以 灰 度 的 級(jí) 別 有 256 種 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 對(duì) 圖 像 進(jìn) 行 灰 度 化 ， 就 是 把 圖 像 變 為 灰 度 圖 像 ， 主 要 處 理 方 法 如 下 ：(1)取 最 大 值 ： 取 R、 G、 B 三 值 中 最 大 的 一 個(gè) ， 即 R=G=B=max（ R、 G、 B) (31)(2)取 平 均 值 ：R=G=B=(R+G+B)/3 (32)(3)加 權(quán) 平 均 ， 根 據(jù) 不 同 顏 色 在 灰 度 過 程 化 中 的 重 要 性 不 同 ， 故 采 用 數(shù) 學(xué) 上常 用 的 加 權(quán) 方 法 即 ： R=G=B=Wr*R+Wg*G+Wb*B (33) 其 中 R、 G、 B 的 權(quán) 值 分 別 為 Wr、 Wg、 Wb。 由 于 人 眼 對(duì) 顏 色 的 敏 感 度 為 綠色 紅 色 藍(lán) 色 ， 由 相 關(guān) 理 論 知 道 當(dāng) Wr=， Wg=， Wb= 時(shí) ， 圖 像 灰度 化 后 的 效 果 最 好 ， 最 適 合 人 眼 識(shí) 別 ， 如 圖 32 所 示 ， 其 中 (a)為 變 換 前 的 車輛 RGB 彩 色 圖 像 ， 圖 (b)為 變 換 后 的 車 輛 灰 度 圖 。 (a) 車 輛 RGB 彩 色 圖 像 (b) 車 輛 灰 度 圖圖 32 汽 車 灰 度 化 前 后 圖 像 車輛圖像增強(qiáng)由 于 各 種 客 觀 因 素 的 作 用 ， 例 如 光 照 、 天 氣 、 拍 照 設(shè) 備 等 影 響 導(dǎo) 致 車 輛 圖 像的 質(zhì) 量 比 較 低 ， 為 了 得 到 更 好 的 處 理 效 果 ， 往 往 首 先 對(duì) 圖 像 進(jìn) 行 圖 像 增 強(qiáng) ， 即將 圖 像 轉(zhuǎn) 換 成 更 易 被 處 理 的 形 式 ， 以 便 從 圖 像 中 獲 取 更 有 用 的 信 息 ， 圖 像 增強(qiáng) 技 術(shù) 廣 泛 的 應(yīng) 用 于 圖 像 處 理 領(lǐng) 域 。通 常 情 況 下 ， 通 過 圖 像 增 強(qiáng) 后 的 圖 像 ， 某 些 信 息 被 突 出 ， 其 它 信 息 被 壓 縮 ，圖 像 視 覺 效 果 得 到 了 改 善 ， 所 以 ， 圖 像 增 強(qiáng) 是 一 種 有 損 處 理 ， 它 只 是 突 出 了有 用 的 信 息 ， 削 弱 了 無 用 的 信 息南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 圖 像 增 強(qiáng) 處 理 過 程 所 在 的 空 間 不 同 ， 可 分 為 基 于 空 間 域 和 基 于 頻 率 域 兩 大方 法 ： (1)空 間 域 法空 間 域 法 是 在 圖 像 的 二 維 空 間 內(nèi) 直 接 對(duì) 像 素 灰 度 進(jìn) 行 處 理 。 空 間 域 方 法又 分 為 點(diǎn) 運(yùn) 算 和 空 域 濾 波 ， 點(diǎn) 運(yùn) 算 又 分 為 灰 度 變 換 增 強(qiáng) 和 直 方 圖 增 強(qiáng) ， 空 域 濾波 主 要 包 括 圖 像 平 滑 和 圖 像 銳 化 ， 本 系 統(tǒng) 主 要 采 用 點(diǎn) 運(yùn) 算 即 灰 度 變 換 增 強(qiáng) 和直 方 圖 增 強(qiáng) 。(2)頻 率 域 法頻 率 域 法 是 一 種 逆 變 換 的 方 法 ， 是 間 接 的 。 首 先 利 用 傅 里 葉 變 換 將 圖 像變 換 到 頻 率 域 ， 然 后 對(duì) 頻 譜 進(jìn) 行 運(yùn) 算 處 理 ， 然 后 再 進(jìn) 行 逆 變 換 返 回 到 空 間 域 ，得 到 增 強(qiáng) 的 圖 像 。 灰 度 線 性 拉 伸在 實(shí) 際 生 活 中 ， 由 于 光 照 、 天 氣 、 拍 照 設(shè) 備 的 影 響 導(dǎo) 致 車 牌 圖 像 即 使 經(jīng) 過灰 度 化 仍 然 分 辨 不 清 ， 因 此 為 了 提 高 圖 像 的 對(duì) 比 度 ， 改 善 視 覺 效 果 ， 必 須 進(jìn) 行灰 度 線 性 拉 伸 。灰 度 拉 伸 的 作 用 是 增 強(qiáng) 對(duì) 比 度 ， 它 是 依 據(jù) 直 方 圖 的 特 征 來 對(duì) 某 一 些 灰 度 區(qū) 間進(jìn) 行 拉 伸 。 如 圖 33 所 示 。g(x,y)=T[f(x,y)] (34)圖 33 灰 度 拉 伸 曲 線南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 式 (34)中 f(x,y)為 點(diǎn) (x,y)的 灰 度 ， T 為 映 射 函 數(shù) ， g(x,y)為 變 換 后 的 灰 度 。 如 果 f(x,y)的 取 值 范 圍 為 [s1,s2]， 變 換 后 的 g(x,y)取 值 范 圍 為 [t1,t2]， 則f(x,y)和 g(x,y)存 在 式 35 的 數(shù) 學(xué) 關(guān) 系 ： g(x,y)=[(t2t1)/(s2s1)]*f(x,y)+s1 (35)從 式 (35)的 關(guān) 系 中 ， 我 們 可 以 知 道 f(x,y)和 g(x,y)之 間 存 在 線 性 關(guān) 系 ， 所以 又 稱 該 灰 度 拉 伸 為 線 性 拉 伸如 圖 34 所 示 ， 圖 像 進(jìn) 行 線 性 拉 伸 后 ， 圖 像 更 加 清 晰 ， 視 覺 效 果 更 好 ， 車牌 更 容 易 被 識(shí) 別 ， (a)為 車 輛 灰 度 圖 ， (b)為 線 性 拉 伸 圖 。(a)車 輛 灰 度 圖 (b)車 輛 灰 度 拉 伸 圖圖 34 車 輛 灰 度 線 性 拉 伸 前 后 對(duì) 比 圖 灰 度 直 方 圖 均 衡灰 度 直 方 圖 表 示 了 灰 度 值 的 分 布 ， 它 統(tǒng) 計(jì) 了 圖 像 中 各 灰 度 值 的 像 素 個(gè) 數(shù) 。通 常 橫 坐 標(biāo) 表 示 灰 度 級(jí) 別 ， 縱 坐 標(biāo) 表 示 頻 率 。直 方 圖 表 示 灰 度 級(jí) 出 現(xiàn) 的 頻 率 ， 其 對(duì) 應(yīng) 的 公 式 是 式 子 （ 36）P(r)=nr/N (36)式 （ 36） 中 nr 表 示 灰 度 級(jí) 為 r 的 像 素 個(gè) 數(shù) ， N 表 示 整 幅 圖 像 的 像 素 個(gè) 數(shù) 。因 為 P(r)表 示 第 r 個(gè) 灰 度 級(jí) 出 現(xiàn) 的 概 率 ， 直 方 圖 表 示 了 原 圖 的 灰 度 值 分 布 情 況 。灰 度 直 方 圖 表 示 了 圖 像 的 灰 度 分 布 情 況 ， 基 本 上 可 以 描 述 一 幅 圖 像 的 相 貌 ，但 是 為 了 能 更 好 的 的 進(jìn) 行 圖 像 識(shí) 別 ， 改 善 識(shí) 別 效 果 ， 必 須 對(duì) 直 方 圖 進(jìn) 行 修 正 。如 果 用 s(0≤s≤1)表 變 換 后 來 圖 像 的 灰 度 ， r(0≤r≤1) 表 示 原 始 圖 像 的 灰 度 (0南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 代 表 黑 ， 1 代 表 白 )。 在 [0,1]的 區(qū) 間 任 意 取 一 個(gè) r 值 ， 都 對(duì) 應(yīng) 著 一 個(gè) s 值 ， 且 s=T(r)， T(r)為 變換 函 數(shù) 。 為 了 使 這 種 灰 度 變 換 具 有 實(shí) 際 意 義 ， T(r)應(yīng) 該 滿 足 下 列 條 件 ：1)在 0≤r≤1 區(qū) 間 ， T(r)為 單 調(diào) 遞 增 函 數(shù) ；2)在 0≤r≤1 區(qū) 間 。 有 0≤T(r)≤1。變 換 公 式 為 ：s=T(r)= (37) ?rodP)(式 37 表 明 變 換 函 數(shù) 是 原 始 圖 像 的 累 計(jì) 分 布 函 數(shù) ， 具 有 非 負(fù) 遞 增 性 。MATLAB 中 J = histeq(I, n)函 數(shù) 可 以 對(duì) 直 方 圖 進(jìn) 行 均 衡 化 的 操 作 ， n 為 均衡 化 后 的 級(jí) 數(shù) ， 本 文 中 所 用 的 缺 省 值 256， 圖 35 和 圖 36 為 直 方 圖 均 衡 化 前后 對(duì) 比 圖 。 (a)原 始 車 輛 灰 度 圖 (b)原 始 直 方 圖圖 35 原 始 灰 度 圖 和 直 方 圖 (a)車 輛 均 衡 化 的 灰 度 圖 (b)均 衡 化 的 直 方 圖圖 36 均 衡 化 后 的 灰 度 圖 和 直 方 圖 圖 像 濾 波南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 實(shí) 際 生 活 中 ， 圖 像 在 獲 取 和 傳 輸 過 程 中 會(huì) 受 到 許 多 噪 聲 的 影 響 ， 為 了 去除 圖 像 中 的 噪 聲 ， 對(duì) 車 牌 圖 像 濾 波 ， 常 采 用 鄰 域 平 均 法 ， 中 值 濾 波 法 和 維 納 濾波 法 ， 各 方 法 功 能 現(xiàn) 分 別 介 紹 如 下 ：(1)鄰 域 平 均 法鄰 域 平 均 法 屬 于 空 間 域 的 一 種 ， 主 要 是 在 空 間 域 上 操 作 ， 鄰 域 平 均 法 的 具 體原 理 是 取 平 均 值 ， 即 用 該 像 素 鄰 域 范 圍 內(nèi) 的 像 素 灰 度 平 均 值 代 替 該 像 素 的 灰 度值 。 圖 像 信 號(hào) 通 過 鄰 域 平 均 處 理 得 到 平 滑 ， 效 果 與 圖 像 信 號(hào) 通 過 低 通 濾 波 器 的相 似 。取 圖 像 f(i,j)中 的 像 素 點(diǎn) (m,n)， 并 取 其 鄰 域 S，S 通 常 為 矩 形 ， 鄰 域 內(nèi) 共 有M 個(gè) 像 素 ， 求 所 有 像 素 的 平 均 值 ， 該 平 均 值 即 為 像 素 點(diǎn) (m, n)處 的 灰 度 ， 點(diǎn)(m, n)一 般 位 于 S 的 中 心 。 如 S 為 3X3 鄰 域 ， 點(diǎn) (m,n)位 于 S 中 心 ， 則 (38)??????1),(9,ji jnifyxf(2)中 值 濾 波 法由 于 鄰 域 平 均 法 會(huì) 使 圖 像 中 的 細(xì) 節(jié) 變 得 模 糊 ， 而 中 值 濾 波 不 僅 能 消 除 噪 聲 還會(huì) 防 止 細(xì) 節(jié) 變 的 模 糊 ， 中 值 濾 波 是 一 種 非 線 性 濾 波 ， 簡(jiǎn) 單 的 說 就 是 取 所 有 像 素的 中 間 值 ， 圖 像 濾 波 后 所 得 到 的 結(jié) 果 即 為 圖 像 中 所 有 像 素 灰 度 的 中 值 ， 它 是通 過 減 少 圖 像 中 某 一 鄰 域 內(nèi) 的 像 素 灰 度 值 的 差 別 來 實(shí) 現(xiàn) 濾 波 的 。(3)維 納 濾 波 法維 納 濾 波 主 要 用 于 存 在 較 大 噪 聲 的 圖 像 濾 波 的 過 程 中 ， 它 能 夠 從 噪 聲 中 提取 信 號(hào) 波 形 ， 通 過 維 納 濾 波 后 所 得 到 的 圖 像 在 整 體 上 較 為 平 滑 。 維 納 濾 波 是 基于 圖 像 的 局 部 方 差 實(shí) 現(xiàn) 噪 聲 濾 除 的 ， 方 差 越 小 ， 噪 聲 濾 除 效 果 越 好 。 與 其 它 濾波 相 比 ， 維 納 濾 波 具 有 其 優(yōu) 越 的 特 性 ， 它 可 以 很 好 的 保 存 圖 像 邊 緣 和 高 頻 細(xì) 節(jié)信 息 ， 同 時(shí) 特 別 是 對(duì) 于 含 有 白 色 噪 聲 的 圖 像 有 較 好 的 濾 波 效 果 。 MATLAB 軟件 中 用 于 維 納 濾 波 的 函 數(shù) 為 Wiener2 函 數(shù) ， 其 采 用 的 是 基 于 像 素 的 局 部 均 值 與方 差 的 算 法 ： (39)?????2,12),(naMN (310),221???式 310 中 是 圖 像 中 每 個(gè) 像 素 的 n1*n2 鄰 域 ， 然 后 對(duì) 每 一 個(gè) 像 素 利 用 濾 波?南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 器 估 計(jì) 出 其 灰 度 值 ： （ v2 是 圖 像 中 噪 聲 的 方 差 ） (311) ),(),( 21221 ??????navnb基 于 維 納 濾 波 的 巨 大 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 本 系 統(tǒng) 所 用 的 即 為 維 納 濾 波 ， 在 對(duì) 濾 波 后 的 灰度 圖 像 進(jìn) 行 較 好 的 二 值 化 處 理 。維 納 濾 波 前 后 對(duì) 比 如 圖 37 所 示 。