基于MATLAB 的暗場圖像處理算法創新與實踐
——評《數字圖像處理技術與應用》

書名：《數字圖像處理技術與應用》

作者：韓曉軍

出版單位：電子工業出版社

ISBN：978-7-1213-0056-1

出版時間：2017 年1 月

定價：39.8 元

數字處理系統還未運用時大眾所使用的圖像處理一般為簡單的圖像加工，直至計算機的成熟與各類數字處理軟件的開發，圖像處理與數學系統產生聯系，圖像處理可以使用數字編程系統來完成圖像需求。現代圖像處理技術一般使用計算機對圖像進行分析處理，通過數字組合的使用快速達到所需要的圖像效果，數字圖像篩選出由工業相機、攝像機、掃描儀等設備所拍攝的二維數組像素，通過圖像壓縮、圖像復原、圖像變換、色度調和等諸多圖像處理技術達到合乎目的最終圖像。

數字圖像處理具有精確快速的優點，由于數字系統存在復雜的數學計算和計算機操作，運用計算機數字技術來進行圖像處理十分復雜，初學者甚至專業人士都會遇到或多或少的難點。韓曉軍編著的《數字圖像處理技術與運用》（第二版）一書圍繞數字圖像處理，涉及圖像處理的基本理論知識、圖像風格與檢測、圖像復原與增強、數字形態學等方面的內容，系統介紹了數字圖像處理技術的相關知識。編著兼顧理論與實踐，應用MATLAB 軟件平臺講解實際的圖像數字編程方法，講解詳細，面面俱到，可以為廣大數字圖像處理學習者提供有益的參考。

數字技術為圖像處理提供了豐富的處理方法，可以產生圖像增強、圖像變形、圖像恢復等處理效果，其中，暗場圖像需要專業精確的數字計算來處理。暗場是一個專業術語，在戲劇領域中“暗場”指舞臺之外的表演，無需演員露面，也不需要讓觀眾看到實際的情節，只需在幕后通過燈光演繹，或者以旁白來完成。攝影領域的“暗場”指無白光空間的拍攝，即夜晚時間的拍攝，該術語多用于天文攝影，天文攝影中暗場十分明顯。以天文圖像為例，由于點綴式的天體運行天文攝影多半以暗場圖像拍攝為主，暗場視覺阻礙了天文研究者研究天文現象。而在日常拍攝中，日常攝影雖然以明場拍攝為主，但是有些必要的拍攝取景依然選擇暗場拍攝，如夜晚星空拍攝、夜景拍攝、人物暗度拍攝等等。

由于暗場的存在，圖像不能呈現清晰的視覺元素和攝影透明效果，故而需要進行圖像中的暗場處理。一般性的圖像暗場處理會運用圖像增強的相關算法和處理技術達到圖像明亮度增強的效果，并對圖像元素進行一定的調整，如暗場圖像中的模糊點和噪聲可以采用高通濾波法和低通濾波法來調和圖像的清晰度。圖像暗場的增強處理一般可以采用基于空域算法和基于頻域算法，常見的處理算法是空域算法，空域算法會對圖像暗場的灰度級進行處理，能夠突出暗場物體的邊緣輪廓，降低暗場圖像的噪聲，識別目標點。一般性的暗場增強處理算法不僅繁雜，在處理效果上也沒有達到完美的效果，因為突出性的增強要求物體邊緣會變得模糊。

美國MathWorks 公司出品的商業數學軟件Matlab 是一款復合型的圖像處理軟件，在圖像暗場中更能夠強化暗場處理的細節。Matlab 涉及領域廣泛，在工程設計、仿真設計、通訊系統、金融等領域皆可以運行。在Matlab 演示實例中，平面與立體繪圖、復雜函數的三維繪圖、三維效果圖等領域的演示通過強大的數字運算能力完成繪制。在圖像處理方面，Matlab 因為擴大化的函數系統和二維繪圖工具，具有強大的數字運行能力，圖形處理系統能夠顯示圖形的向量和矩陣，在圖像處理中快速完成處理任務。Matlab 圖像暗場處理增強方法一般可以通過直方圖均衡化、對比線度性展寬、偽色彩增強等算法進行矯正。Matlab 的histeq 函數運算能夠強化圖像暗場的灰度值，降低圖像暗場的灰度。對比線度展寬算法能夠顯示暗場圖像中的目標點或者抑制非重點的部分，整體上具有立體效果，通過對比線度的展寬調整突出暗場的三維視覺效果。在暗場圖像的灰度中，模糊性的暗場灰度元素沒有辦法區別，因而需要進行偽色彩增強算法來進行暗場的色彩調整。MATLAB中gray slice 函數算法能夠達到暗場灰度色彩增強效果，通過暗場圖像灰度閾值化后利用Matlab 圖形處理工具的調色板將暗場灰度圖像處理為偽色彩圖像。

綜上所述，圖像中的暗場處理需要運用綜合性的增強算法。在一般性的認知中暗場圖像是亮度低、清晰度低、燈光點不均衡的圖像，也因為這種認知，一般性的暗場圖像處理只是簡單運用直方圖均衡化算法進行亮度的調整。但是作為攝影圖像的圖像本身需要的并不是單純的明亮度，而是具有視覺感的立體藝術圖像，暗場的處理關乎整個圖像的三維視覺和藝術透明效果，Matlab 圖形處理數字工具能夠提供豐富的算法系統，在科技與藝術的融合形態中完成圖像暗場的完美處理。