1.3 Попереднє оброблення зображень

Попереднє оброблення зображень у системах оптичного розпізнавання символів складається з наступних етапів: редагування яскравості та контрасту, видалення шумів та бінаризація зображень.

Слід зазначити, що необхідність редагування яскравості та контрасту була актуальною ще до того як були впроваджені цифрові зображення. Наприклад у телебаченні редагування яскравості здійснюється з використанням наступної формули:

, (1.4)

де – базовий рівень яскравості (встановлюється за допомогою відповідного пункту меню користувачем), – рівень яскравості зображення у телевізійному сигналі, – контрастність, що також задається користувачем.

1.3.1 Редагування яскравості

Розглянемо методи редагування яскравості ахроматичних цифрових зображень, тобто зображень у градаціях сірого. Якщо вхідне зображення є кольоровим, то його можна перетворити у зображення в градаціях сірого, обчисливши яскравість кожного пікселу. Для обчислення яскравості використовуються наступні співвідношення:

– регламентоване стандартом ITU-R BT.601

, (1.5)

– регламентоване стандартом ITU-R BT.709

, (1.6)

де , , – компоненти кольорової системи RGB. Коефіцієнти при цих компонентах обрано на підґрунті аналізу чутливості людського ока при сприйняті відповідно червоного, зеленого та синього кольорів.

Досить часто для розрахунку яскравості використовується середньо арифметичне значення

, (1.7)

або

, (1.8)

де , – відповідно мінімальне та максимальне значення інтенсивності одного з кольорів.

Найпростішими методами редагування яскравості є лінійне перетворення яскравості та гама-корекція.

Лінійне підвищення яскравості полягає в виконанні по елементної обробки зображення з використанням лінійного перетворення яскравості виду

, (1.9)

де – яскравість пікселу з координатами вхідного зображення, – нове значення яскравості (значення яскравості після перетворення), та – коефіцієнти, які обираються з огляду на те як необхідно змінити яскравість зображення. Слід зазначити, що у системі RGB яскравість може змінюватись у діапазоні від 0 до 255.

Для того щоб обробити зображення, спочатку в межах зображення знаходять максимальне та мінімальне значення яскравості. Для того щоб визначити коефіцієнти лінійного перетворення (1.3.5) необхідно встановити до якого діапазону зміни яскравості необхідно здійснити перетворення, нехай це буде діапазон . Очевидно, що при цьому повинні виконуватись рівності

(1.6)

(1.7)

З цих рівнянь знайдемо коефіцієнти лінійного перетворення яскравості

, (1.8)

. (1.9)

З урахуванням значень цих коефіцієнтів остаточно отримаємо

. (1.10)

Більш якісні результати щодо підвищення яскравості дає перетворення, що отримало назву гама-корекція. Суть цього перетворення полягає в наступному. В системі RGB яскравість, якщо її визначати за допомогою однієї з наведених вище формул, буде приймати значення з діапазону . Перейдемо до діапазону виконавши перетворення

Розраховані нормалізовані значення яскравості перетворюють за допомогою формули

.

Якщо то відбувається зменшення яскравості та підвищення контрасту, а при , навпаки – підвищення яскравості та зменшення контрасту. На рис. 1.8 наведено результат підвищення яскравості зображення з .

Рисунок 1.8 – Підвищення яскравості зображення з .