灰變換原理 及Matlab程序

1、 圖像灰度變換 內(nèi)容摘要 通常經(jīng)輸入系統(tǒng)獲取的圖像信息中含有各種各樣的的噪聲與畸變，例如因室外光照度不夠均勻會造成圖像灰度過于集中，因此要對圖像質(zhì)量進(jìn)行改善?；叶茸儞Q是根據(jù)某種目標(biāo)條件按一定變換關(guān)系逐點(diǎn)改變原圖像中每個像素灰度值的方法。目標(biāo)圖片的灰度變換處理是是圖像增強(qiáng)處理技術(shù)中一種非常基礎(chǔ)、直接的空間域圖像處理方法?；叶茸儞Q有時被稱為圖片對比度增強(qiáng)或?qū)Ρ榷壤?。關(guān)鍵詞：二值化和閾值處理 灰度線性變換 分段線性變換 灰度直方圖 Abstract Typically, the image information obtained by the input system, containing a

2、 variety of noise and distortion，F(xiàn)or example, due to the outdoor illumination is not enough uniformity will result in image gray too concentrated, so we have to improve on image quality.Gray-scale transformation is a way based on the conditions of a certain goal by a certain transformation relations

3、, which point by point to change the original image for each pixel gray value.The gray-scale transformation of the image processing is a very basic, direct spatial domain image processing method. of the image enhancement processing technology.Gray-scale transformation is sometimes called image contr

4、ast enhancement or contrast stretching.Key words:Binarization threshold Gray-scale linear transform Piecewise linear transformation Gray histogram Gray level distribution equalization 1 引言 通常經(jīng)輸入系統(tǒng)獲取的圖像信息中含有各種各樣的噪聲與畸變，例如室外光照度不夠均勻會造成圖像灰度過于集中；由攝像頭獲得的圖像經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、線路傳送都會產(chǎn)生噪聲污染等等，這些不可避免地影響系統(tǒng)圖像清晰度，降低了圖像質(zhì)量，輕者表

5、現(xiàn)為圖像不干凈，難以看清細(xì)節(jié)；重者表現(xiàn)為圖像模糊不清，連概貌都看不出來。因此，在對圖像經(jīng)行分析前，必須對圖像質(zhì)量經(jīng)行改善，一般情況下改善的方法有兩類：圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原。圖像增強(qiáng)的目的是設(shè)法改善圖像的視覺效果，提高圖像的可讀性，將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，便于人與計算機(jī)的分析和處理。圖像增強(qiáng)不考慮圖像質(zhì)量下降的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，而衰減不需要的特征?；叶茸儞Q是圖像增強(qiáng)處理中一種非常基礎(chǔ)直接的空間域圖像處理方法。灰度變換是根據(jù)某種條件按一定變換關(guān)系逐點(diǎn)改變原圖像中每一個像素灰度值的方法。1. 灰度的線性變換當(dāng)圖像由于成像時曝光不足或過度, 由于成像設(shè)備的非線性或圖像記

6、錄設(shè)備動態(tài)范圍太窄等因素, 都會產(chǎn)生對比度不足的弊病, 使圖像中的細(xì)節(jié)分辨不清。這時如將圖像灰度線性擴(kuò)展, 常能顯著改善圖像的主觀質(zhì)量。假設(shè)原圖像f (x, y ) 的灰度范圍是 a, b 希望變換后圖像的灰度范圍擴(kuò)展到 c, d 則：Mf 表示f ( x, y ) 的最大值。在線性灰度變換中,灰度執(zhí)照完全線性變換函數(shù)進(jìn)行變換。該線性灰度線性變換函數(shù)f ( r ) 是一個一維線性函數(shù): 其中, a 為線性變換的斜率, b 為線性變換函數(shù)在y 軸的截距, 如圖1所示。在灰度的線性變換中, 當(dāng)a > 1時, 輸出圖像的對比度將增大; 當(dāng)a < 1時, 輸出圖像的對比度將減小; 當(dāng)a =

7、 1且b 0時, 所進(jìn)行的操作僅使所有像素的灰度值上移或下移, 其效果是使整個圖像更暗或更亮; 如果a < 0, 則暗區(qū)域?qū)⒆兞? 亮區(qū)域?qū)⒆儼怠?分段線性灰度變換為了突出感興趣的目標(biāo)或者灰度區(qū)間, 相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)域, 可采用分段線性法。常用的是三段線性變換。分段線性變換稱為圖像直方圖的拉伸, 它與完全線性變換類似, 其不同之處在于其變換函數(shù)是分段的, 如圖2所示： 其變換函數(shù)表達(dá)式如下:灰度拉伸可以更加靈活地控制輸出灰度直方圖的分布, 它可以有選擇地拉伸某段灰度區(qū)間以改善輸出圖像。圖2所示的變換函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果是將原圖在r1 和r2 之間的灰度拉伸到s1 和s2 之間。如果

8、一幅圖像灰度集中在較暗的區(qū)域而導(dǎo)致圖像偏暗, 可以用灰度拉伸功能來拉伸(斜率> 1) 物體灰度區(qū)間以改善圖像; 同樣如果圖像灰度集中在較亮的區(qū)域而導(dǎo)致圖像偏亮, 也可以用灰度拉伸功能來壓縮(斜率< 1) 物體灰度區(qū)間來改善圖像質(zhì)量。3非線性灰度變換 一些圖片的像素過于集中于中間灰度部分，而其他部分的像素數(shù)很少，可以壓縮像素數(shù)小的部分，擴(kuò)展像素數(shù)集中的部分。如果只想了解圖像的某一部分，那么可以壓縮其它部分，對關(guān)注的部分進(jìn)行變換。當(dāng)用某些非線性函數(shù)作為圖像的映射函數(shù)時,可實(shí)現(xiàn)圖像灰度的非線性變換, 如利用對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等可實(shí)現(xiàn)對數(shù)變換和指數(shù)變換。4，灰度直方圖圖像的直方圖包含了豐富

9、的圖像信息，描述了圖像的灰度級內(nèi)容，反映了圖像的灰度分布情況。通過對圖像的灰度值進(jìn)行統(tǒng)計，可以得到一一維離散的圖像灰度統(tǒng)計直方圖函數(shù)。從數(shù)學(xué)上說，他統(tǒng)計一幅圖像中各個灰度級出現(xiàn)的次數(shù)或概率；從圖形上來說，它是個二維圖，橫坐標(biāo)表示各個像素點(diǎn)的灰度級，縱坐標(biāo)為各個灰度級上圖像像素點(diǎn)出現(xiàn)的個數(shù)或出現(xiàn)概率。一些常用灰度變換Matlab程序以及圖像處理效果圖1，二值化和閾值處理%圖像二值化 （選取一個域值，(5)將圖像變?yōu)楹诎讏D像）I=imread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面DIP-E1增強(qiáng)DIP-E1增強(qiáng)p12.tif');bw=i

10、m2bw(I,0.5);%選取閾值為0.5subplot(1,3,1);imshow(I);title('原圖');subplot(1,3,2);imshow(bw);title('顯示二值圖像');J=find(I<150);I(J)=0;J=find(I>=150);I(J)=255;subplot(1,3,3);imshow(I);title(' 圖像二值化 ( 域值為150 ） ');2非線性變換%對數(shù)變換I=imread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面DIP-E1增強(qiáng)

11、DIP-E1增強(qiáng)p12.tif');I=mat2gray(I);%對數(shù)變換不支持uint8類型數(shù)據(jù)，將一個矩陣轉(zhuǎn)化為灰度圖像的數(shù)據(jù)格式(double)J=log(I+1);subplot(1,2,1);Imshow(I);%顯示圖像title('原圖');subplot(1,2,2);Imshow(J);title('對數(shù)變換后的圖像')3，反色變換I1=imread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面DIP-E1增強(qiáng)DIP-E1增強(qiáng)p12.tif');figure,imshow(I);title('原始圖像');I2=imcomplement(I1);figure,imshow(I2);title('反色后圖像');4.灰度圖像均衡化I=imread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面DIP-E1增強(qiáng)DIP-E1增強(qiáng)p12.tif'); J=histeq(I);subplot(1,2,1),imshow(I); subplot(1,2,2),imshow(J);figure,subplot(1,2,1),imhist(I,64);s