數(shù)字圖像處理與分析_圖像增強(qiáng)

參考文獻(xiàn)：《數(shù)字圖像處理與分析》 龔聲蓉等

1.空域增強(qiáng)：增強(qiáng)構(gòu)成圖像的像素

1.1 灰度變換增強(qiáng)

1.1.1 線性灰度變換

線性灰度變換（線性拉伸）：將原始圖像中的灰度值不加區(qū)別的擴(kuò)展。
假定原始輸入圖像的灰度取值范圍為[fmin,fmax]，輸出圖像的灰度取值范圍為[gmin,gmax]。

1.1.2 分段線性灰度變換

分段線性灰度變換：對不同范圍的灰度值進(jìn)行不同的拉伸處理。
優(yōu)點(diǎn)：可以根據(jù)用戶的需要，拉伸特征物體的灰度細(xì)節(jié)，相對抑制不感興趣的灰度級。

1.1.3 非線性灰度變換

非線性灰度變換：在整個(gè)灰度值范圍內(nèi)采用統(tǒng)一的變換函數(shù)，利用變換函數(shù)的數(shù)學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)對不同灰度值區(qū)間的擴(kuò)展和壓縮。

• 對數(shù)擴(kuò)展
  
  其中a為y軸上的截距，分子部分是保證大于等于0，b和c兩個(gè)參數(shù)確定變換曲線的變換速率。對數(shù)擴(kuò)展可以將圖像的低亮度區(qū)進(jìn)行大幅拉伸，但是高亮度區(qū)則被壓縮了。
  
• 指數(shù)擴(kuò)展
  
  其中參數(shù)a可以改變曲線的起始位置，參數(shù)c可以改變曲線的變化速率。指數(shù)擴(kuò)展可以對圖像的高亮度區(qū)進(jìn)行大幅擴(kuò)展。
• 冪次變換
  
  其中r<1，對低灰度的放大程度大于高灰度的放大程度，導(dǎo)致圖像的低灰度范圍得以擴(kuò)展而高灰度范圍得以壓縮，使圖像的整體亮度提高；若r>1，則相反。
  

1.2 直方圖變換增強(qiáng)

1.2.1 灰度直方圖
灰度直方圖：反映一副圖像的灰度分布情況。圖像的明暗狀況和對比度等特征都可以通過直方圖反映出來。
橫坐標(biāo)：像素的灰度級別
縱坐標(biāo)：對應(yīng)灰度級出現(xiàn)的頻率

1.2.2 直方圖的性質(zhì)

• 直方圖沒有位置信息：描述了該圖像灰度的總體分布，無法體現(xiàn)像素灰度分布的位置信息。
• 直方圖具有可疊加性：可以將一副圖像分成若干區(qū)域，則每個(gè)區(qū)域都可以分別作直方圖，而原圖像的總直方圖為各區(qū)直方圖之和。
• 直方圖的統(tǒng)計(jì)特征：
  （1）矩
  
  （2）絕對矩
  
  （3）中心矩
  
  （4）絕對中心矩
  
  （5）熵
  

1.2.3 直方圖均衡化

直方圖均衡化：將原圖像的直方圖通過變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，使直方圖不再偏于低端，也不再偏于高端，而是變成比較均勻的分布。
（1）優(yōu)點(diǎn)：能增強(qiáng)整個(gè)圖像的對比度，提升圖像的亮度，從而得到的直方圖是在整個(gè)灰度級動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)近似均勻分布的直方圖。
（2）缺點(diǎn)：會(huì)使原始圖像的灰度等級減少，這是由于均衡化過程中要進(jìn)行近似舍入造成的。

1.2.4 直方圖規(guī)定化

直方圖規(guī)定化：按照預(yù)先設(shè)定的某個(gè)形狀來調(diào)整圖像的直方圖，從而達(dá)到增強(qiáng)圖像效果的目的。
（1）直方圖規(guī)定化計(jì)算步驟：
A：用直方圖均衡化的方法將原始圖像按下式做直方圖均衡化處理

B：按照目標(biāo)圖像的灰度級概率密度函數(shù)Pz(Z)，并用下式得到變換 函數(shù)G(Z)

C：用A中得到的灰度級s替代u，按下式 做逆變換：

總結(jié)

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