6.1. Видоизменение гистограммы

Гистограммой цифрового изображения с уровнями яркости в диапазо­не [0, L-1] называется дискретная функция h(rk) = nk, где rк есть k-ый уровень яркости, а nк — число пикселей на изображении, имеющих яркость rk.

Нормализованная гистограмма p(rk)=nk/n есть оценка вероятности появления пикселя со значением яркости rk.

Гистограммные методы применяются при улучшении изображений, а также сжатии, поиске и сегментации.

Гистограммные методы используются для улучшения контраста (за счет расширения динамического диапазона). Можно выделить эквализацию и приведение гистограммы.

Существуют 4 типа(ну на самом деле намного больше)гистограмм. Гистограмма [0,L-1] называется дискретная функция h( )= , где -катый уровень яркости, где число пикселей на изображении, имеющих яркость .

Общая практика нормализации гистограммы является деление каждого значения на общее число пикселей n.

Все рассмотренные в данной главе поэлементные преобразования изображений можно рассмотреть с точки зрения изменения плотности вероятности.

В обработки изображений важную роль играет: s=T(r)= , правая часть-функция распределения случ.величины r. Выполнение преобразования согласно функции приводит к получению некоторой случ. Величины s, хар-ся равномерной плотность распределения вероятностей

Для дискретных s=T(r)= - эквализация

Эквализация, ее суть состоит в выравнивании гистограммы, т.е. проведении таких преобразований, чтобы на изображении в равных количествах присутствовали пиксели с различными значениями из заданного динамического диапазона интенсивностей.

Задание гистограммы-Метод, позволяющий получить обработанное изображение с за­даваемой формой гистограммы.

1. Получение функции преобразования Т(r) с помощью уравнения.

2.Получение функции преобразования G(z) с помощью уравнения.

3.Вычисление обратной функции преобразования G-1(z).

4.Получение выходного изображения путем применения уравнения G-1(T(r))ко всем пикселям входного изображения. Результатом такой процедуры будет изображение, уровни яркости z которого имеют заданную плотность распределения вероятностей

Локальные преобразования гистограммы по окрестности вокруг пикселя.

Задается форма квадратной или прямоугольной окрестности вокруг обрабатываемого элемента и затем центр этой области передвигается от точки к точке.

2.Для каждого нового положения окрестности подсчитывается гистограмма по входящим в нее точкам и находится функция преобразования эквализацииили приведения гистограммы.

3.Эта функция используется для отображения уровня яркости центрального элемента окрестности

4.Центр окрестности перемещается на соседний пиксель и процедура повторяется

Улучшение на основе арифметико-логических операций(Функционально полный класс логических операций: AND, OR, NOT; Вычитание изображений; Усреднение изображений g(x,y) =f(x,y)+n(х, у), f(x,y) –исходное изображение,n(х, у) –некоррелированное значение шума в точке (x,y))

6.2. Стандарты сжатия изображений

Расположены в порядке появления.

JPEG — Широкораспространенный стандарт сжатия, который существует уже более 15 лет. Использует DCT-преобразование. Используется многими программами, такими, как графические редакторы и веб броузеры.    

К недостаткам формата JPEG следует отнести то, что блочная структура данных (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей ) при сильных степенях сжатия приводит к потере мелких цветных деталей и образованию характерных "артефактов" - иррегулярной структуре пикселей искаженного цвета и/или яркости  в областях с высокой пространственной частотой (например, контрастные границы изображения) или на областях с низкой пространственной частотой (плавные переходы изображения, например, чистое небо)

Несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за высокой степени сжатия, относительно существующих во время его появления альтернатив, что позволяет хранить менее объемный архив. В сфере видеонаблюдения стоит большая проблема именно с хранением информации, поэтому возможность сжатия является немаловажным качество на который обращают внимание при использовании в технологии это можно проследить на примере всех кодеков используемых в системах видеонаблюдения        

M-JPEG — Это вариант сжатия JPEG и на самом деле не является стандартом. M-JPEG — сокращение от Motion JPEG, где каждое изображение является независимо сжатым телевизионным кадром или полем.

Недостатками MJPEG являются более низкий коэффициент сжатия по сравнению с потоковыми методами сжатия, например MPEG4  и блочная структура  данных (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей ) унаследованная от JPEG  по сравнению, например , с методом Wavelet .

Основным преимуществом для интеграции в видеонаблюдение технологии  Motion JPEG является простота реализации, что делает MJPEG подходящим для реализации в устройствах с малыми вычислительными ресурсами.

К плюсам надо отнести быстрый нелинейный видеомонтаж  — если какой-либо кадр берётся целиком (без изменений) из одного MJPEG-источника, его можно записать в выходной MJPEG-поток как есть, без декодировки-сжатия.

MJPEG даёт относительно  качественные стоп-кадры, что и позволяет его использовать, в системах видеонаблюдения (возможность выяснить номер проехавшего автомобиля).

Wavelet — Очень популярное сжатие в видеонаблюдении. Отличается большей эффективностью при сжатии деталей, так как алгоритм сжатия wavelet представляет изображение как наборы реальных коэффициентов, и в отличае  от традиционного сжатия JPEG не делит все изображение на блоки 8x8 пикселов

Преимущество метода wavelet состоит в том, что, в отличие от JPEG, алгоритм wavelet анализирует целое изображение. Особенностью wavelet так же является возможность получать лучшую степень сжатия чем JPEG, поддерживая хорошее качество.

JPEG-2000 — Стандартизованный вариант Wavelet-сжатия. Доступны дополнительные модули JPEG-2000 для различных графических редакторов и веб-броузеров.

Motion JPEG-2000 — Принцип действия примерно такой же, как у M-JPEG, но в качестве основы используется JPEG-2000.

Н.261 — Стандарт для низкой скорости передачи данных, принятый в 1984 ITU для аудиовизуальных сервисов.

MPEG-1 -Стандарт ISO, созданный как модификация Н.261 для записи видео на компакт-диски при низкой скорости передачи данных (около 1.5 Мбит/с).

MPEG-2 — Разработан для вещательного телевидения. Использует низкий уровень сжатия для передачи, записи и воспроизведения видео высокого качества. Сейчас используется в большинстве телестудий, на DVD-дисках, на кабельном телевидении, а также в кабельном телевидении и многими производителями цифровых видеорегистраторов.

Н.263 — Создавался как адаптация MPEG-2 для достижения более высоких уровней сжатия при сохранении высокого качества изображения. Был принят как международный стандарт в 1996 году и пересмотрен в 1998 году. Стандарты Н.263+ и Н.263++ представляют собой усовершенствованные версии Н.263.

MPEG4 — Стандарт разрабатывался как объектно-ориентированное сжатие. Существует несколько версий. Сжимает видео и аудио с широким выбором скорости передачи данных. Пригоден для различных областей применения, которые используют низкоскоростные каналы связи, от мобильной телефонии и Интернета до телевидения.

MPEG-7 — Новый стандарт, предназначенный для описания аудиовизуального содержимого.

MPEG-21 — Новый стандарт, описывающий общую структуру взаимодействия всех объектов MPEG и пользователей.

Н.264 — Самый новый стандарт сжатия, который базируется на Н.263 и MPEG4 (AVC), который предлагает широкий выбор качества, включая более эффективное сжатие для форматов телевидения высокой четкости (заявлено о втрое большей эффективности по сравнению с MPEG-2).