【數字圖像處理】第3章 圖像增強

3 圖像增強

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圖像增強的目的：爲了改善畫質，使圖像的顯示效果更加清晰。

（一）對比度

• 對比度：亮暗的對比程度 對比度通常表現了圖像畫質的清晰程度。
  

（二）線性對比度展寬

• 目的：通過將亮暗差異（即對比度）擴大，來把人所關心的部分強調出來。
• 原理：進行像素點對點的，灰度級的線性影射。該影射關係通過調整參數，來實現對亮暗差異的擴大。
• 實現方法：
  設原圖、處理後的結果圖的灰度值分別爲[f(i,j)]和[g(i,j)];
  要求[g(i,j)]和[f(i,j)]均在[0，255]間變化，但是g的表現效果要優於f。
  因爲f和g的取值範圍相同，所以通過抑制不重要的部分，來擴展所關心部分的對比度
  爲了達到上面所提出的目的，原圖（橫軸上的f(i,j)）與處理後圖（縱軸上的g(i,j)）的灰度影射關係可用下圖表示。
  
• 灰級窗：當256個灰度級所表示的亮暗範圍內的信息量太大，沒辦法很好地表述時，通過開窗的方式，每次只把窗內的灰度級展寬，而把窗外的灰度級完全抑制掉。
  
  

（三）動態範圍調整

• 動態範圍：是指圖像中所記錄的場景中從暗到亮的變化範圍
  動態範圍對人視覺的影響：由於人眼所可以分辨的灰度的變化範圍是有限的，所以當動態範圍太大時，很高的亮度值把暗區的信號都掩蓋了
• 動態範圍調整思路：
  通過動態範圍的壓縮可以將所關心部分的灰度級的變化範圍擴大。
  動態範圍調整方法分爲以下兩種：1）線性動態範圍調整 2）非線性動態範圍調整
  基本思路:
  通過把原圖中“不太黑”的像素也變成黑，把原圖中“不太白”的相素也變成白的方式，來壓縮動態範圍，使新的圖像中，關心部分的對比度可以展寬
  
  實現方法：
  按照上面的設計思路，可以得到新圖與原圖的對應關係如下。
  可以看到，線性動態範圍調整的影射關係與灰級窗的相同。
  
  
• 非線性動態範圍調整
  原理：
  提出非線性動態範圍調整，是因爲線性動態範圍調整的分段線性影射不夠光滑。
  非線性動態範圍調整，要求可以用光滑的曲線來實現。
  考慮到人眼對視覺信號的處理過程中，有一個近似對數算子的環節，因此，可採用對數運算來實現非線性動態範圍調整
  

（四）直方圖均衡化

• 基本原理
  直方圖均衡化方法的基本思想是：
  對在圖像中像素個數多的灰度級進行展寬，而對像素個數少的灰度級進行縮減，從而達到清晰圖像的目的
  因爲灰度分佈可在直方圖中描述，所以該圖像增強方法是基於圖像的灰度直方圖。
• 直方圖均衡化方法實現
  ①求直方圖
  設f、g分別爲原圖像和處理後的圖像。
  求出原圖f的灰度直方圖，設爲h。顯然，在[0,255]範圍內量化時，h是一個256維的向量
  
  ②計算原圖的灰度分佈概率
  1）求出圖像f的總體像素個數 Nf = m*n (m,n分別爲圖像的長和寬）
  2）計算每個灰度級的分佈概率，即每個像素在整個圖像中所佔的比例。 hs(i)=h(i)/Nf (i=0,1,…,255)
  
  ③計算原圖灰度的累計分佈----設圖像各灰度級的累計分佈hp
  
  ④計算原、新圖灰度值的影射關係
  
  
  ⑤原、新圖灰度直方圖比較
  

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