Домашняя работа «Изменение гистограммы изображения»

1. Цель домашней работы.

Целью работы является углубление изучения теоретического материала и приобретение практических навыков при реализации процедур изменения контраста изображения и видоизменения его гистограммы.

2. Теоретическая часть

Процедура улучшения изображений сводится к выполнению комплекса операций с целью либо улучшения визуального восприятия изображения, либо преобразования его в форму, более удобную для визуального или машинного анализа. В системах улучшения изображений не делается попытки приблизить воспроизводимое изображение к некоторому идеализированному оригиналу (такая задача решается при реставрации изображений). Известны случаи, когда искаженное изображение субъективно воспринимается лучше, чем неискаженный оригинал. Примером может служить изображение с подчеркнутыми границами (контурами).

2.1. Изменение контраста

Наиболее распространенный дефект телевизионных изображений это слабый контраст, обусловленный ограниченностью диапазона воспроизводимых яркостей, нередко сочетающейся с нелинейностью характеристики передачи уровней.

Рис. 1. Повышение контраста непрерывного изображения

Во многих случаях контраст можно повысить, изменяя яркость каждого элемента изображения. На рис. 1 иллюстрируется характеристика передачи уровней, которая требуется для повышения контраста типичных непрерывных малоконтрастных изображений. Коррекцию таких изображений можно осуществить, пользуясь фотографическими методами, однако реализовать произвольную характеристику передачи уровней с высокой точностью, обычно затруднительно. В случае цифровых изображений получить требуемую характеристику передачи уровней относительно просто.

Диапазон яркостей выходного изображения, подвергнутого цифровой обработке, может отличаться от диапазона яркостей исходного изображения. Более того, в диапазоне числовых значений яркости обработанного изображения могут оказаться отрицательные значения, которые не могут иметь прямого соответствия с физическими яркостями.

Рис.2. Контрастное линейное масштабирование

Рис.3. Контрастное линейное масштабирование с ограничением

Рис. 2 и 3 иллюстрируют два возможных способа приведения диапазона яркостей выходного изображения в соответствие с диапазоном яркостей исходного изображения. Согласно первому из них, обработанное изображение линейно отображается таким образом, чтобы полностью охватить отведенный ему диапазон яркостей. Второй способ предусматривает ограничение экстремальных значений яркости обработанного изображения максимальным и минимальным пороговыми уровнями.

Рис.4. Инвертированное контрастное масштабирование

Рис.5. Пилообразное контрастное масштабирование

На рис. 4 показана характеристика передачи уровней, обеспечивающая обращение шкалы яркостей. Такую характеристику целесообразно применять, например, если дисплей обладает существенной нелинейностью в области «черного». Тогда темные участки входного изображения будут переведены в светлые, которые соответствуют линейному участку шкалы яркостей дисплея. На рис. 5 приведена характеристика передачи уровней, предназначенная для пилообразного контрастного масштабирования. Такое преобразование часто используют с целью получения изображения с

Рис.6. Яркостной срез изображения

широким динамическим диапазоном на экране дисплея, имеющего ограниченный динамический диапазон. Характеристика передачи уровней для яркостного среза изображения приведена на рис. 6. Это преобразование позволяет выделить определенный интервал диапазона яркостей входного изображения. Метод яркостных срезов оказывается исключительно эффективным при визуальном анализе изображений в том случае, когда оператор пользуется дисплеем в диалоговом режиме