Методы обработки изображений в пространственной области.
В данном разделе приведено описание нескольких методов, использованных для улучшения качества изображения полученного на основе преобразования пространственного сигнала. Рассмотрены задачи изменения контраста, яркости преобразования гистограммы распределения яркостей, фильтрации изображения [3,4]. Эти преобразования позволяют повысить эффективность визуального представления и распознавания изображений
1. Изменение контраста и яркости.
Слабый контраст - наиболее распространенный дефект изображений Во многих случаях контраст можно повысить, изменяя яркость каждого элемента изображения.
|
|
Рис. 1. Характеристика передачи уровней изображения.
Рис. 1 иллюстрирует характеристику 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. Однако при отыскании нелинейного оператора следует учитывать ошибки квантования. Пусть исходное изображение, проквантованное на J уровней, имеет ограниченный диапазон яркостей (рис. 2.)
|
|
Рис 3. Передача уровней дискретизованного полутонового
изображения.
Предполагается, что выходное изображение также квантуется на J уровней, а преобразование линейно. Как видно из рис..2, каждый выбранный выходной уровень является ближайшим к уровню, соответствующему уровню. Очевидно, что в диапазоне яркостей выходного изображения некоторые уровни не будут использоваться, поэтому отдельные перепады яркости выходного изображения будут превышать соответствующие перепады исходного изображения. Вследствие этого могут возникнуть заметные ложные контуры. Если выходное изображение квантовать с большим числом уровней, чем входное, то можно получить равномерное размещение выходных уровней и благодаря этому уменьшить эффект появления ложных контуров.
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.3. Изменение яркости изображения.
Рис.3. иллюстрирует два возможных способа приведения диапазон яркостей выходного изображения в соответствие с диапазоном яркостей исходного изображения. Согласно первому из них, обработанное изображение линейно отображается таким образом, чтобы полностью охватить отведенных ему диапазон яркостей Второй способ предусматривает ограничение экстремальных значений яркости обработанного изображения максимальным и минимальным пороговыми уровнями. Этот способ часто обеспечивает более высокое субъективное качество изображения, особенно если обработанное изображение содержит относительно мало элементов с превышением уровней ограничения. В программах предусматривается возможность введения ограничения для фиксированного процента значений яркостей.
В ряде случаев обработки изображений целесообразнее пользоваться монотонно спадающей или не монотонной характеристикой.
|
|
Рис.4. Изменение характеристики передачи уровней.
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 в дисплея.
|
|
Рис. 5. Пилообразное контрастное масштабирование.
На рис 5. приведена характеристика передачи уровней, предназначенная для пилообразного контрастного масштабирования. Такое преобразование часто используют с целью получения изображения с широким динамическим диапазоном на экране дисплея, имеющего ограниченный динамический диапазон.