11. Контраст изображения. Гамма – коррекция, применение.

image processing (2018) 186 стр. ( чуть раньше примерно)

Контраст изображения

Контраст определяется как расширение или сжатие диапазона интенсивностей пикселей для улучшения визуального восприятия.

• Растяжение контраста (contrast stretching) — метод, при котором узкий диапазон интенсивностей входного изображения линейно растягивается на весь доступный диапазон (например, [0, L-1]). Это полезно для низкоконтрастных изображений, полученных из-за плохого освещения или ошибок настройки аппаратуры (стр. 13).

• Пример: на рис. 3.10(b) показано низкоконтрастное изображение, а на рис. 3.10(c) — результат растяжения контраста, где (r1,s1) = (r_min,0) и (r2,s2) = (r_max, L-1).

Гамма-коррекция — это коррекция яркости цифрового изображения, которая используется для демонстрации изображений на устройствах вывода с нелинейной яркостной характеристикой.

На ЭЛТ-мониторах (мониторы с электронно-лучевой трубкой) была нелинейная зависимость между напряжением и яркостью пикселя: удваивание напряжения не приводило к удвоенному значению яркости, вместо этого изменение яркости происходит по экспоненциальному закону с гамма-коэффициентом 2.2.

Гамма-коэффициент — характеристика нелинейности — отношение между численным значением пикселя и его действительной светимостью.

Гамма-коррекцию можно описать степенной функцией: Bin = A * Bout^γ, где A — коэффициент наклона графика, Bin и Bout — входные и выходные значения яркости, а γ — гамма-коэффициент.

На рисунке 2 рассматривается частный случай функции с коэффициентом A = 1, где по оси X расположились значения яркости на входе, а по оси Y — яркость на выходе. Три линии на графике: ожидаемая яркость (красный), гамма монитора (синий) и гамма-коррекция (зеленый).

Допустим, что красная линия будет ожидаемым значением цвета, то при применении гаммы монитора для значения яркости 0.5 результатом будет 0.218. Для компенсации данного изменения применяется гамма-коррекция, которая смещает значение яркости до 0.73. Данное значение после гаммы монитора будет иметь значение 0.5.

12. Выравнивание гистограммы. Построение функции преобразования s(r)

image processing (2018) 186 стр.

Выравнивание гистограммы

Это метод повышения контраста изображения. Цель — сделать гистограмму выходного изображения максимально равномерной (растянуть её на весь диапазон яркостей).

Построение функции преобразования

Для дискретного случая (цифровые изображения):

Функция строится на основе кумулятивной суммы (накопленной вероятности) нормализованной гистограммы входного изображения.

Формула:

Где:

• — входная яркость пикселя.

• — количество уровней яркости (например, 256).

• — вероятность (нормализованная гистограмма) для уровня .

• — кумулятивная сумма (накопленная частота) от 0 до .

Этапы построения:

1. Вычислить нормализованную гистограмму .

2. Для каждого уровня вычислить сумму всех от 0 до .

3. Умножить эту сумму на .

4. Округлить результат до ближайшего целого (так как яркость пикселя — целое число).

Результат: Темные входные значения получают значительно более светлые выходные значения, гистограмма «растягивается», а контраст изображения повышается.