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图像处理算法归纳
图像处理算法归纳...........................................................................................................................1
1 颜色空间.......................................................................................................................................2
2 图像的增强...................................................................................................................................4
3 阈值化...........................................................................................................................................7
4 边缘检测的算法.........................................................................................................................12
5 形态学.........................................................................................................................................15
6 连通区域法.................................................................................................................................19
7 灰度级插值.................................................................................................................................23
8 角度检测.....................................................................................................................................25
1

1 颜色空间 车牌定位与分割算法的研究及实现 7
HSV 空间
HSV(hue,saturation,value)颜色空间的模型对应于圆柱坐标系中的一个圆锥形子集,圆锥的顶面对
应于 V=1. 它包含 RGB 模型中的 R=1,G=1,B=1 三个面,所代表的颜色较亮。色彩H 由绕 V 轴的
旋转角给定。红色对应于 角度 0° ,绿色对应于角度 120°,蓝色对应于角度 240°。在 HSV 颜色模型
中,每一种颜色和它的补色相差 180° 。 饱和度 S 取值从 0 到 1,所以圆锥顶面的半径为1。HSV
颜色模型所代表的颜色域是 CIE 色度图的一个子集,这个 模型中饱和度为百分之百的颜色,其纯度
一般小于百分之百。在圆锥的顶点(即原点)处,V=0,H 和 S 无定义, 代表黑色。圆锥的顶面中心处
S=0,V=1,H 无定义,代表白色。从该点到原点代表亮度渐暗的灰色,即具有不同灰度的灰色。对于
这些点,S=0,H 的值无定义。可以说,HSV 模型中的 V 轴对应于 RGB 颜色空间中的主对角线。 在
圆锥顶面的圆周上的颜色,V=1,S=1,这种颜色是纯色。HSV 模型对应于画家配色的方法。画家用改
变色浓和 色深的方法从某种纯色获得不同色调的颜色,在一种纯色中加入白色以改变色浓,加入黑
色以改变色深,同时 加入不同比例的白色,黑色即可获得各种不同的色调。
2

HSI 空间
HSI 色彩空间是从人的视觉系统出发,用色调(Hue)、色饱和度(Saturation或Chroma)和亮度 (Intensity
或 Brightness)来描述色彩。HSI 色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。用这种 描述 HIS 色彩空
间的圆锥模型相当复杂,但确能把色调、亮度和色饱和度的变化情形表现得很清楚。 通常把色调和
饱和度通称为色度,用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感 程度远强于对颜
色浓淡的敏感程度,为了便于色彩处理和识别,人的视觉系统经常采用 HSI 色彩空间, 它比 RGB
色彩空间更符合人的视觉特性。在图像处理和计算机视觉中大量算法都可在 HSI 色彩空间中 方便地
使用,它们可以分开处理而且是相互独立的。因此,在 HSI 色彩空间可以大大简化图像分析 和处理
的工作量。HSI 色彩空间和 RGB 色彩空间只是同一物理量的不同表示法,因而它们之间存在着 转换
关系。
在颜色立体图中垂直轴表示光的亮度变化,顶部最亮表示白色,底部最暗表示黑色,中间是由
浅至深的灰色。在与黑白轴垂直的平面圆周上各点代表光谱上各种不同的色调,如图中箭头所指红橙
黄…紫构成闭合的环,其值在 0 度~360 度之间。处于圆周上的点式饱和度,颜色从圆周到圆心过渡,
表示颜色饱和度逐渐降低,其值用百分比表示。当颜色在立体图同一平面上变化时,只改变色调和饱
和度,而亮度不变。
3

YIQ/YUV 空间
RGB 空间
RGB(red,green,blue)颜色空间最常用的用途就是显示器系统,彩色阴极射线管,彩色光栅图形的显示
器 都使用 R、G、B 数值来驱动 R、G、B 电子枪发射电子,并分别激发荧光屏上的 R、G、B 三种
颜色的荧光粉 发出不同亮度的光线,并通过相加混合产生各种颜色;扫描仪也是通过吸收原稿经反
射或透射而发送来 的光线中的 R、G、B 成分,并用它来表示原稿的颜色。RGB 色彩空间称为与设
备相关的色彩空间,因为不同 的扫描仪扫描同一幅图像,会得到不同色彩的图像数据;不同型号的显
示器显示同一幅图像,也会有不同 的色彩显示结果。
通常把 RGB 空间转换到 HSV 空间进行处理的原因:H 和 S 两个分量包含了图像的彩色信息,
说明了颜色的深浅、合成色度,与人感受颜色的方式紧密相连;而分量 V 表示亮度,包含了光照条
件方面的信息,与图像的彩色信息无关。如果舍弃 V 分量,只考虑 H 和 S 分量则减少了光照条件的
影响,这对于光照条件不均匀的彩色汽车图像分割具有重要意义(但是在实验中,为了解决复杂光照
背景下存在阴影的状况,我们并没有完全舍弃 V 分量而是将其作为辅助条件)。因此在 HSV 模型下,
用 H 和 S 两个分量辅助以 V 分量就可以将蓝色和黄色两种颜色区域找出来,同时发现只用V 分量就
能将白色和黑色两种颜色识别出来,因此 HSV 模型特别适合于利用车牌的颜色特征来识别车牌。
2 图像的增强边缘检测算法在车牌定位系统中的应用研究[1]
2.1 灰度级的修整
直方图均衡
直方图用来表达一幅图像灰度等级分布情况。(横轴灰度值,纵轴像素数)直方图均衡化通过灰度
映射使图像的灰度值在直方图上均匀分布,改善偏亮和偏暗的图像。
4

为了改变图像整体偏暗或整体偏亮,或灰度层次不丰富的情况,可以将原图像的直方图通过变换
函数修正为均匀的直方图,使直方图不再偏于低端,也不再偏于高端,而是变成比较均匀的分布。其
计算步骤如下(车牌定位与字符分割的研究与实现[2])
1 统计原始图像的各灰度级的像素数目 ni
2 统计原始图像各灰度级的频数:Pf=ni/n;n 为总的像素数目
3 根据 Pf 计算累计分布函数,此分布函数值为 0~1 之间;用其乘 255 可得映射后的灰度值。
灰度拉伸
灰度拉伸是根据灰度直方图的分布拉伸某段灰度区间以改善输出图像。灰度拉伸功能用于加强选
择区域的对比度;它在 0 到 255 之间按顺序取两点 X1 和 X2,他们将 0-255 之间的灰度划分成
[0,x1],[x1,x2]和[x2,255]三个灰度区间;采取一个分段式的灰度拉伸方程来强化车牌前景和背景间的灰
度差异。(车牌定位与字符分割的研究与实现[2])。通过调整 Y1 和 Y2 的大小改变灰度拉伸方程在[0,X1]
和[X2,255]之间的斜率,突出[X1,X2]间的车牌区域。
2.2 图像平滑
图像在生成或传输过程中页常受到各种噪声源的干扰和影响而使图像处理变差。有时抽样效果差
的系统同样给图像带来噪声,在图像上的反映就是使原本均匀和连续变化的灰度突然变大或变小,形
成一些虚假的边缘或轮廓。抑制或消除这类噪声而改善图像质量的过程称为图像的平滑过程。平滑分
空域上和频域上的平滑算法。
2.2.1 空域处理
2.2.1.1 领域平均法
领域平均法中,我们假定图像时由去多灰度恒定的小块组成,相邻像素间有很高的空间相关性。
而噪声是统计独立地叠加在图像上的,其均值为 0。因此,可以用领域内各像素灰度值的平均值代表
原来的灰度值,实现图像的平滑。
简单平均值:
设图像中某像素的灰度值为 f(x,y),它的领域 s 为 M*N 大小的窗口,则平滑后的灰度值为:
阈值平均法
设图像中某像素的灰度值为 f(x,y),取以该像素为中心点的 M*N 大小的窗口,则平滑后的灰度值
为:
5
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