Лекционный материал / ААИ_2022_5

5.1.Методы обработки в пространственной области

5.1.2.Амплитудные преобразования. Разностные методы

Недостаток: постоянное значение коэффициента усиления; контраст повышается одинаково для участков изображения с низким и с достаточным контрастом.

Адаптивный расчет коэффициента усиления: k определяется, исходя из значений яркости элементов окрестности элемента с координатами (xi, yj) размера n × m.

В качестве параметра c в этом случае используется заданное (необходимое) значение средней яркости окрестности элемента с координатами (xi, yj);

i, j

элемента с координатами (xi, yj).

Для адаптивных методов повышения контраста также характерны свои недостатки, в частности, при усилении мелких деталей изображения эти методы могут искажать участки с одинаковым уровнем яркости.

В настоящее время существует множество сложных методов повышения контраста изображений, в основе которых лежат разностные методы. Для разработки или выбора подходящего для данного изображения (или типа изображений) метода необходимо учитывать особенности этого изображения.

5.1.Методы обработки в пространственной области

5.1.2.Амплитудные преобразования. Методы преобразования локальных контрастов

Основная идея преобразования локальных контрастов:

для каждого элемента изображения сначала определяется локальный контраст, а потом происходит его нелинейное усиление и восстановление яркости данного элемента изображения из уже скорректированного локального контраста.

Выбор элемента исходного изображения

Вычисление локального контраста элемента

Нелинейное усиление локального контраста

Восстановление элемента скорректированного изображения

5.1.Методы обработки в пространственной области

5.1.2.Амплитудные преобразования. Методы преобразования локальных контрастов

Для элемента изображения с яркостью Bi, j локальный контраст в окрестности этого элемента

B1i, j − B2i, j

Ci, j = B1i, j + B2i, j

B1i, j и B2i, j – усредненные значения яркости элементов окрестностей с

центром с координатами (xi, yj) размерами n × n и m × m соответственно, при этом m = 3n, n > 1.

Вместо усредненного значения B1i, j может применяться значение яркости элемента Bi, j.

Для определения локального контраста могут использоваться и другие выражения: форма и размеры окрестности элемента могут быть произвольными и меняться в процессе обработки изображения (методы с адаптивным скользящим окном).

Наилучшие результаты обработки изображения можно получить, если использовать апертуру большого размера в областях с небольшими изменениями яркости или с постоянной яркостью и небольшую апертуру вблизи областей перепада яркостей на изображении.

5.1.Методы обработки в пространственной области

5.1.2.Амплитудные преобразования. Методы преобразования локальных контрастов

Нелинейное усиление локального контраста:

Ci, j* =ϕ(Ci, j )

(0 ≤ Ci, j ≤ 1),

где φ(Ci, j) – нелинейная монотонно возрастающая функция, определенная на промежутке [0, 1].

Степенные, экспоненциальные, логарифмические и гиперболические функции могут применяться.

Эти функции могут оставаться неизменными в процессе обработки изображения, а могут изменяться в зависимости от характеристик изображения, быть адаптивными:

•Функции, которые остаются неизменными в процессе обработки изображения, обеспечивают одинаковое усиление локальных контрастов в каждой точке изображения.

•Адаптивные функции преобразования локальных контрастов обеспечивают их преобразование (усиление) в зависимости от характеристик локальных окрестностей и позволяют более эффективно улучшать изображения с точки зрения их визуального восприятия.

5.1.Методы обработки в пространственной области

5.1.2.Амплитудные преобразования. Методы преобразования локальных контрастов

Восстановление элемента изображения с координатами (xi, yj) со скорректированным контрастом Ci, j*.

Яркость элемента изображения с координатами (xi, yj) определяется согласно выражению, использованному для расчета локальных контрастов:

Расчеты согласно представленному алгоритму проводят для всех элементов изображения.

С помощью методов преобразования локальных контрастов, в зависимости от вида функции преобразования, могут быть реализованы высокочастотная фильтрация изображений (усиление локальных контрастов) и низкочастотная фильтрация (ослабление локальных контрастов).

5.1.Методы обработки в пространственной области

5.1.2.Амплитудные преобразования

Оцифрованная маммограмма с микрокальцинатами (1); обработанная с помощью адаптивного усиления локальных контрастов (2); обработанная с помощью эквализации гистограммы (3)

Medical Image Analysis, by Atam P. Dhawan, IEEE Press, 2003.