探索圖像增強(qiáng)技術(shù)的新方向

【摘 要】 圖像增強(qiáng)分為空域增強(qiáng)和頻域增強(qiáng)，空域增強(qiáng)有灰度變換增強(qiáng)，直方圖變換增強(qiáng)，平滑增強(qiáng)，中值濾波，模板濾波和高能濾波等。

【關(guān)鍵詞】 灰度變換 空域增強(qiáng) 直方圖均衡化

圖像增強(qiáng)分為空域增強(qiáng)和頻域增強(qiáng)，空域增強(qiáng)有灰度變換增強(qiáng)，直方圖變換增強(qiáng)，平滑增強(qiáng)，中值濾波，模板濾波和高能濾波等。r(x，y)是輸入圖像，s(x，y)是輸出圖像。T(.)是對(duì)圖像的運(yùn)算，如果求某個(gè)s(x0， y0) ，只需位置(x0， y0)的像素值，則稱此處理為點(diǎn)操作，也稱灰度變換。如果需要位置(x0， y0)及其鄰域的像素值，則稱為模板操作。圖像增強(qiáng)：改善圖像質(zhì)量，使圖像更適合觀察的圖像處理技術(shù)。突出更多細(xì)節(jié)；對(duì)比度更合適；邊緣增強(qiáng)；去除噪聲。增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)帶有主觀性；沒有完全通用的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)；取決于圖像希望達(dá)到的特定效果。當(dāng)我們?yōu)榱送怀霾煌叶鹊膮^(qū)間，或者要減弱某部分灰度，就可以使用灰度變換，下面我使用分段線性變換對(duì)灰度進(jìn)行處理。

設(shè)f(x，y)是原圖像的灰度值，(x，y)是變換后的灰度值，下圖就是對(duì)不同區(qū)間的線性變換，灰度變換與變量x，y沒有關(guān)系，這里只關(guān)系f，g函數(shù)值也就是灰度值的變換，下面就是線性變換的公式

其實(shí)，可以得出曲線只要是在y=x下的就是減弱的，因?yàn)榛叶缺仍瓉?lái)的減小了。

編寫程序自然就很簡(jiǎn)單，根據(jù)輸入?yún)?shù)（坐標(biāo)（a，c)，（b，d))，計(jì)算變換值， 建立映射表；

直方圖均衡化是使原直方圖變換為具有均勻密度分布的直方圖，然后按該直方圖調(diào)整原圖像的一種圖像處理技術(shù)。直方圖均衡化通常用來(lái)增加許多圖像的全局對(duì)比度，均衡化的標(biāo)準(zhǔn)就是以空域面積（像素總數(shù)）。

這種方法對(duì)于背景和前景都太亮或者太暗的圖像非常有用，這種方法尤其是可以帶來(lái)X光圖像中更好的骨骼結(jié)構(gòu)顯示以及曝光過度或者曝光不足照片中更好的細(xì)節(jié)。這種方法的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是它是一個(gè)相當(dāng)直觀的技術(shù)并且是可逆操作，如果已知均衡化函數(shù)，那么就可以恢復(fù)原始的直方圖，并且計(jì)算量也不大。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是它對(duì)處理的數(shù)據(jù)不加選擇，它可能會(huì)增加背景噪聲的對(duì)比度并且降低有用信號(hào)的對(duì)比度。直方圖均衡操作步驟: 統(tǒng)計(jì)各灰度級(jí)像素?cái)?shù)目;計(jì)算灰度概率分布;計(jì)算累積分布;折算到真實(shí)灰度值;確定灰度變換關(guān)系;進(jìn)行灰度變換。映射真實(shí)灰度映射真實(shí)灰度時(shí)加上0.5，目的是能夠取灰度最大值有許多疑惑。數(shù)字圖像直方圖均衡化的特點(diǎn)：

●直方圖均衡化操作后，直方圖有平坦的趨勢(shì)，但一般不會(huì)真正平坦

●原因：灰度的離散取值可能導(dǎo)致原圖像多個(gè)灰度值變換到新圖像的同一個(gè)灰度值上（灰度值的合并），使灰度分布與理想情況有差異。

直方圖均衡化的主要思想是像素灰度值是依據(jù)灰度密度分布的，如果當(dāng)前像素的灰度值>之前灰度值的平均值（平均值的以像素點(diǎn)數(shù)除以面積乘以255）則當(dāng)前像素的灰度值將減小（這也說(shuō)明小于當(dāng)前像素灰度值的像素過少（稀）將當(dāng)前像素降低灰度值去補(bǔ)充），否則將變大。直方圖均衡的優(yōu)點(diǎn):計(jì)算簡(jiǎn)單;無(wú)需人工干預(yù);很多情況下效果較好。

直方圖均衡的不足:增強(qiáng)圖像反差的同時(shí)增加了圖像的可視粒度 (原圖像的多個(gè)灰度可能變換到一個(gè)灰度上，造成灰度級(jí)減少且不連續(xù)，形成“假輪廓”);自動(dòng)增強(qiáng)圖像整體對(duì)比度，但局部效果未必最好。

變換的一個(gè)目的就是：使小于當(dāng)前灰度值的像素總和占圖像面積（像素）的比較與變換后的灰度占255的比例是相等的，灰度的變換是根據(jù)像素比例來(lái)調(diào)整的。將原圖像進(jìn)行灰度變換，使變換后圖像的灰度直方圖呈現(xiàn)均勻分布。

初步印像：視覺效果不同的圖像，直方圖不同;視覺效果不好的圖像的直方圖比較“窄”;視覺效果好的圖像的直方圖比較“寬、平坦”

直觀結(jié)論：若圖像的像素占據(jù)全部的灰度級(jí)，且分布均勻，則圖像有高對(duì)比度和豐富的細(xì)節(jié)，視覺效果比較好。即此時(shí)的灰度直方圖比較均衡。

若將視覺效果不好的圖像（過暗/過亮/對(duì)比度低等）進(jìn)行灰度變換，使其灰度直方圖比較均衡，應(yīng)該能改善視覺效果。

只是高對(duì)比度還未必有好的效果，例如灰度在兩端分布，則近似于二值圖像，仍然看不清細(xì)節(jié)。

空域?yàn)V波：利用像素本身以及鄰域像素的灰度值進(jìn)行圖像處理的方法稱為空域?yàn)V波。

●從功能上分：平滑濾波；銳化濾波。

●從算法上分：線性濾波 ；非線性濾。

平衡濾波就是依據(jù)領(lǐng)域像素的進(jìn)行灰度處理，我們主要通過3X3的閥值濾波和3X3的均值濾波介紹平衡濾波的思想。

3X3閾值濾波，設(shè)定像素點(diǎn)之間灰度差值的閥值，以及超過該閥值像素的閥值來(lái)進(jìn)行均衡化，查看下面程序應(yīng)該是沒有難度的。

寫到這里覺得空域上的變換都很簡(jiǎn)單，比較容易接受，頻域要涉及一些復(fù)雜的變換看程序就比較難懂，這些東西都是我根據(jù)人家的程序?qū)懙模?當(dāng)然還可以很復(fù)雜，比如變換我可以不是線性變換的，可以根據(jù)需求做任意的變換，掌握原理了都比較好辦，之前一直被那些名詞（濾波，閥值等）嚇到了，一直沒有入手?jǐn)?shù)字圖像處理，現(xiàn)在覺得還是可以學(xué)習(xí)的，接下來(lái)就要學(xué)習(xí)頻域的濾波，希望能順利完成。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《圖像工程（上冊(cè)）》圖像處理（第二版） 清華大學(xué)出版社 章毓晉 編著.

（作者單位：大慶職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)系）