【OpenCV 例程200篇】62. 图像锐化——钝化掩蔽

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3. 空间域锐化滤波（高通滤波）

图像模糊通过平滑（加权平均）来实现，类似于积分运算。图像锐化则通过微分运算（有限差分）实现，使用一阶微分或二阶微分都可以得到图像灰度的变化值。

图像锐化的目的是增强图像的灰度跳变部分，使模糊的图像变得清晰。图像锐化也称为高通滤波，通过和增强高频，衰减和抑制低频。图像锐化常用于电子印刷、医学成像和工业检测。

• 恒定灰度区域，一阶导数为零，二阶导数为零；
• 灰度台阶或斜坡起点区域，一阶导数非零，，二阶导数非零；
• 灰度斜坡区域，一阶导数非零，二阶导数为零。

3.2 钝化掩蔽

简单地，从原始图像中减去一幅平滑处理的钝化图像，也可以实现图像锐化效果，称为钝化掩蔽。

令 $\tilde{f}(x,y)$ 表示平滑图像，则：

$$\begin{gathered} g_{mask}(x,y)=f(x,y)-\tilde{f}(x,y) \\ g(x,y)=f(x,y)+k\ast g_{mask}(x,y)，k>0 \end{gathered}$$

当 k>1 时，实现高提升滤波；当 k=1 时，实现钝化掩蔽；k<1时，减弱钝化掩蔽。

因此，钝化掩蔽的实现过程是：

（1）对原始图像进行平滑处理，得到平滑图像；

（2）从原始图像中减去平滑图像，产生掩蔽模板；

（3）将原始图像与掩蔽模板加权相加，得到钝化掩蔽。

原图减去模糊图的结果为模板，输出图像等于原图加上加权后的模板，当权重为1得到非锐化掩蔽，当权重大于1成为高提升滤波。

钝化掩蔽没有直接计算和使用梯度算子，但减法运算具有微分运算的特征，因此本质上是梯度算法，可以实现锐化滤波的效果。

例程 1.77：图像锐化: 钝化掩蔽

    # 1.77：图像锐化: 钝化掩蔽
    img = cv2.imread("../images/Fig0338a.tif", flags=0)

    # 对原始图像进行平滑，GaussianBlur(img, size, sigmaX)
    imgGauss = cv2.GaussianBlur(img, (5,5), sigmaX=5)
    imgGaussNorm = cv2.normalize(imgGauss,dst=None,alpha=0,beta=255,norm_type=cv2.NORM_MINMAX)

    # 掩蔽模板：从原始图像中减去平滑图像
    imgMask = img - imgGaussNorm

    passivation1 = img + 0.6 * imgMask  # k<1 减弱钝化掩蔽
    imgPas1 = cv2.normalize(passivation1, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
    passivation2 = img + imgMask  # k=1 钝化掩蔽
    imgPas2 = cv2.normalize(passivation2, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
    passivation3 = img + 2 * imgMask  # k>1 高提升滤波
    imgPas3 = cv2.normalize(passivation3, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)

    plt.figure(figsize=(10, 7))
    titleList = ["1. Original", "2. GaussSmooth", "3. MaskTemplate",
                 "4. Passivation(k=0.5)", "5. Passivation(k=1.0)", "6. Passivation(k=2.0)"]
    imageList = [img, imgGauss, imgMask, imgPas1, imgPas2, imgPas3]
    for i in range(6):
        plt.subplot(2,3,i+1), plt.title(titleList[i]), plt.axis('off')
        plt.imshow(imageList[i], 'gray', vmin=0, vmax=255)
    plt.tight_layout()
    plt.show()

钝化掩蔽的图像锐化效果如下图所示，注意当 k>1 时，实现高提升滤波；当 k=1 时，实现钝化掩蔽；而当 k<1时则会减弱钝化掩蔽。

（本节完）

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Crated：2021-11-29

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