基于直方圖變換實(shí)現(xiàn)的圖像增強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：基于直方圖變換實(shí)現(xiàn)的圖像增強(qiáng)數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo) 教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布 過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè) 人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名： 日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)

2、計(jì)（論文）的印刷本和 電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并 提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下， 學(xué)?？梢怨颊?文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：日 期：燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系）：基層教學(xué)單位:學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目基于直方圖變換實(shí)現(xiàn)的圖像增強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)基于直方圖變幻的圖像增強(qiáng)，針對(duì)不冋類(lèi)型的圖像米用合適的增強(qiáng)方法， 以實(shí)現(xiàn)最好程度的增強(qiáng)。設(shè) 計(jì) 要 求選擇一副對(duì)比度不足的圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行灰度變換實(shí)現(xiàn)圖像的增強(qiáng)，增強(qiáng) 對(duì)比度，顯示增強(qiáng)前、后的圖像以及他們的灰度直方圖。總結(jié)直方圖

3、增強(qiáng)的 方法，對(duì)比方法的優(yōu)缺點(diǎn)，積極思考基于特定圖像的增強(qiáng)方法，設(shè)計(jì)中應(yīng)具 有自己的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)體會(huì)。工 作 量工 作 計(jì) 劃參 考 資 料指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說(shuō)明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。年 月 日目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1章摘要 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第2章引言 2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第3章圖像增強(qiáng)的重要方法 3 HY

4、PERLINK l bookmark20 o Current Document 灰度變換 3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 直方圖修正 3 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 平滑 3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 銳化 4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 各種圖像增強(qiáng)技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn) 4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第4章直方圖增強(qiáng)

5、及matlab實(shí)現(xiàn)5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 直方圖均衡化 5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 直方圖均衡化的公式 5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 直方圖均衡化 matlab的實(shí)現(xiàn) 6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 直方圖均衡化小結(jié) 9第5章結(jié)論 10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第6章心得體會(huì) 12 HYPERLINK

6、 l bookmark46 o Current Document 第7章參考文獻(xiàn) 12數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)第 頁(yè)共13頁(yè)第一章摘要摘要：圖像增強(qiáng)不僅可以用于提高圖像的視覺(jué)外觀，而且還是圖 像邊緣檢測(cè)以及特征提取等技術(shù)的基礎(chǔ)。 本課程設(shè)計(jì)主要研究用于 增強(qiáng)圖像的灰度變換方法，包括線性灰度變換、非線性灰度變換與 直方圖均衡化方法。采用 MATLAB件進(jìn)行編程，運(yùn)用上述算法對(duì) 圖像進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，處理后的圖像對(duì)比度得到了明顯改 善，增強(qiáng)了圖像的視覺(jué)效果。在以上算法中可以通過(guò)靈活設(shè)置相關(guān) 參數(shù)獲取不同的圖像增強(qiáng)效果，并且具有處理速度快的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)圖像增強(qiáng)的方法進(jìn)行比較之后， 得出不同方法在使

7、用過(guò) 程中的優(yōu)缺點(diǎn)，并且積極思考和掌握在特定圖像下增強(qiáng)圖像的最優(yōu) 方法。關(guān)鍵字：數(shù)字圖像處理；圖像增強(qiáng)；直方圖；均衡化；規(guī)定化；matlab第二章引言引言：圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一副圖像中的某些信息， 同時(shí)，消弱或去除某些不需要信息的處理方法。其主要目的是使處 理后的圖像對(duì)某種特定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，比原始圖像更適用。圖像增強(qiáng)技術(shù)是不考慮圖像降質(zhì)的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇地突出，而衰減其不需要的特征，故改善后的圖像 不一定要去逼近原圖像。如突出目標(biāo)物輪廓，去除各類(lèi)噪音，將黑 白圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閭尾噬珗D像。從圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)觀點(diǎn)來(lái)看，圖像增強(qiáng)的主要目的是提高圖像的可懂度，更有利于人的視覺(jué)感知圖像處

8、理技術(shù)在40多年的時(shí)間里，迅速發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的有 強(qiáng)大生命力的學(xué)科，圖像增強(qiáng)技術(shù)已逐步涉及人類(lèi)生活和社會(huì)生產(chǎn) 的各個(gè)方面，在航天、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域、以及軍事等方面 的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟化和進(jìn)一步的提高。 成為人類(lèi)科學(xué)技術(shù)上不可 或缺的一部分。第三章圖像增強(qiáng)的重要方法圖像增強(qiáng)技術(shù)主要包含直方圖修改處理、圖像平滑化處理、圖像尖銳化處理、和彩 色處理技術(shù)等。在實(shí)用中可以采用單一方法處理，也可以采用幾種方法聯(lián)合處理，以便 達(dá)到預(yù)期的增強(qiáng)效果。圖像增強(qiáng)技術(shù)基本上可以分成兩大類(lèi)：一類(lèi)是頻域處理，一類(lèi)是 空域處理法。圖像增強(qiáng)有圖像對(duì)比度增強(qiáng)、亮度增強(qiáng)，輪廓增強(qiáng)等等?？臻g域法主要在 空間域內(nèi)對(duì)像素灰度值

9、直接運(yùn)算處理，如圖像的灰度變換 直方圖修正 圖像空域平滑 和蛻化處理。頻域法就是在圖像的某種變化域內(nèi)，對(duì)圖像的變換值進(jìn)行預(yù)算，如先對(duì)圖像 進(jìn)行傅里葉變換，在進(jìn)行濾波處理，最后將濾波處理后的圖像變換值反變換到空間域， 從而獲得增強(qiáng)后的圖像。3.1.灰度變換灰度變換可使圖像動(dòng)態(tài)范圍增大，圖像對(duì)比度擴(kuò)展，圖像變清晰，特征明顯是圖像 增強(qiáng)的重要手段之一。具體來(lái)說(shuō)是一種通過(guò)改變圖像像元的亮度分布態(tài)勢(shì)，擴(kuò)展灰度分 布區(qū)間來(lái)改變圖像像元對(duì)比度，從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。因?yàn)榱炼戎凳禽椛?強(qiáng)度的反映，所以也稱(chēng)為輻射增強(qiáng)。常用的方法有對(duì)比度線性變換和非線性變換。其關(guān) 鍵是尋找到一個(gè)函數(shù)，以此函數(shù)對(duì)圖像中每

10、一個(gè)像元進(jìn)行變換，使像元得到統(tǒng)一的重新 分配，構(gòu)成得到反差增強(qiáng)的圖像3.2直方圖修正法（1）直方圖均衡化直方圖均衡化是通過(guò)對(duì)原圖像進(jìn)行某種變換使原圖像的灰度值圖修正為均勻的直方圖的一種方法。直方圖規(guī)定化直方圖規(guī)定化是使原圖像灰度直方圖變成規(guī)定形狀的直方圖而對(duì)圖像作修正的增強(qiáng)方法也成為直方圖匹配。3.3平滑噪聲有些圖像是通過(guò)掃描儀掃描輸入、或傳輸通道傳輸過(guò)來(lái)的。圖像中往往包含有各種 各樣的噪聲。這些噪聲一般是隨機(jī)產(chǎn)生的，因此具有分布和大小不規(guī)則性的特點(diǎn)。這些 噪聲的存在直接影響著后續(xù)的處理過(guò)程，使圖像失真。圖像平滑就是針對(duì)圖像噪聲的操 作，其主要作用是為了消除噪聲，圖像平滑的常用方法是采用均值濾

11、波或中值濾波，均 值濾波是一種線性空間濾波，它用一個(gè)有奇數(shù)點(diǎn)的掩模在圖像上滑動(dòng)，將掩模中心對(duì)應(yīng) 像素點(diǎn)的灰度值用掩模內(nèi)所有像素點(diǎn)灰度的平均值代替，如果規(guī)定了在取均值過(guò)程中掩 模內(nèi)各像素點(diǎn)所占的權(quán)重，即各像素點(diǎn)所乘系數(shù)，這時(shí)就稱(chēng)為加權(quán)均值濾波；中值濾波 是一種非線性空間濾波，其與均值濾波的區(qū)別是掩模中心對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值用掩模內(nèi) 所有像素點(diǎn)灰度值的中間值代替。3.4銳化平滑噪聲時(shí)經(jīng)常會(huì)使圖像的邊緣變的模糊，針對(duì)平均和積分運(yùn)算使圖像模糊，可對(duì) 其進(jìn)行反運(yùn)算采取微分算子使用模板和統(tǒng)計(jì)差值的方法，使圖像增強(qiáng)銳化。圖像邊緣與 高頻分量相對(duì)應(yīng)，高通濾波器可以讓高頻分量暢通無(wú)阻，而對(duì)低頻分量則充分限制，通

12、過(guò)高通濾波器去除低頻分量，也可以達(dá)到圖像銳化的目的。3.5各種圖像增強(qiáng)技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)（1）灰度變換優(yōu)勢(shì)：可以充分利用圖像中的亮度信息，明顯改善圖像質(zhì)量，是一種常用的圖像增 強(qiáng)算法。不足：對(duì)于受噪聲影響明顯的圖像，該算法增強(qiáng)效果不明顯。即不能有效地抑制噪 聲。而且，僅僅利用了圖像中的局部信息。（2）直方圖均衡化優(yōu)勢(shì)：能夠使得處理后圖像的概率密度函數(shù)近似服從均勻分布，其結(jié)果擴(kuò)張了像素 值的動(dòng)態(tài)范圍，是一種常用的圖像增強(qiáng)算法。不足：不能抑制噪聲。數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)第5頁(yè) 共13 頁(yè)（3）平滑算法優(yōu)勢(shì)：去噪效果明顯，并且能夠較好的保持圖像邊緣位置和細(xì)節(jié)。 不足：非線性濾波算法的實(shí)現(xiàn)相對(duì)線性濾波比較

13、困難。（3）銳化優(yōu)勢(shì)：圖像模糊的部分得到了銳化，特別是模糊的邊緣部分得到了增強(qiáng)，邊界更加明顯。不足：圖像顯示清楚的地方，經(jīng)過(guò)濾波發(fā)生了失真。第四章 直方圖增強(qiáng)及 matlab 實(shí)現(xiàn)4.1 直方圖均衡化直方圖均衡化是一種最常用的直方圖修正。它是把給定圖象的直方圖分布改造成均 勻直方圖分布。 是間接對(duì)比度增強(qiáng)的方法。 由信息學(xué)的理論來(lái)解釋?zhuān)?具有最大熵 （信息量 ） 的圖象為均衡化圖象。直觀地講，直方圖均衡化導(dǎo)致圖象的對(duì)比度增加。從原理上講， 直方圖均衡化則通過(guò)使用累計(jì)函數(shù)對(duì)灰度值進(jìn)行“調(diào)整”以實(shí)現(xiàn)對(duì)比度的增強(qiáng)。直方圖均衡化基本做法是將每個(gè)灰度區(qū)間等概率分布代替了原來(lái)的隨機(jī)分布，即增 強(qiáng)后的圖象中

14、每一灰度級(jí)的像元數(shù)目大致相同。直方圖均衡化可使得面積最大的地物細(xì) 節(jié)得以增強(qiáng)，而面積小的地物與其灰度接近的地物進(jìn)行合并，形成綜合地物。減少灰度 等級(jí)換取對(duì)比度的增大要注意的是，均衡化處理后的圖象只能是近似均勻分布。均衡化 圖象的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大了，但其本質(zhì)是擴(kuò)大了量化間隔，而量化級(jí)別反而減少了，因此， 原來(lái)灰度不同的象素經(jīng)處理后可能變的相同，形成了一片的相同灰度的區(qū)域，各區(qū)域之 間有明顯的邊界，從而出現(xiàn)了偽輪廓。4.2 直方圖均衡化的公式直方圖進(jìn)行均衡化變換后得到一幅灰度直方圖為均勻分布的新圖像數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)第 頁(yè)共13頁(yè)變換前圖像的直方圖均衡化后圖像的直方圖(1)對(duì)于連續(xù)的數(shù)字圖像所用直方

15、圖均衡化公式為rs 訂(r)二 Pr(r)dr當(dāng)變換函數(shù)為r的累積直方圖函數(shù)時(shí)，能達(dá)到直方圖均衡化的目的(2)對(duì)于灰度級(jí)為離散的數(shù)字圖像，用頻率；來(lái)代替概率，則所用直方圖公式為j=0=o公式中，T(rk)來(lái)表示原圖像的第 k個(gè)灰度級(jí)的轉(zhuǎn)換函數(shù)。刀表示總和。刀nj/N 表示0j 個(gè)灰度級(jí)的像素?cái)?shù)量總和與像素總數(shù)的比值，也就是前面講過(guò)的百分位(當(dāng)前色階與前面色階的所有像素?cái)?shù)量十總像素?cái)?shù)量 )。刀Pr(rk )表示第0k的灰度級(jí)出現(xiàn)概率累積相加。因?yàn)閟是歸一化的數(shù)值(s 0,1)，要轉(zhuǎn)換為0255的顏色值，需要再乘上 255，即S=E Pr(rk)*255。4.3直方圖均衡化matlab的實(shí)現(xiàn).ma

16、tlab直方圖均衡化的函數(shù)是histeq ,I = imread(pout.tif);J,T = histeq(I);Figure,plot(0:255)/255,T);F面給出直方圖均衡化的源程序:數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)第 7頁(yè) 共 13 頁(yè)Yuantu=imread(D:Yuantu.JPG); %讀取原圖象讀取原圖象的大小尺寸 對(duì)原圖像進(jìn)行灰度變換 顯示原圖象 顯示灰度圖象m,n,o=size( Yuantu); % grayPic=rgb2gray( Yuantu); % figure,imshow( Yuantu); % figure,imshow(grayPic); % %計(jì)算原圖像

17、各灰度出現(xiàn)的概率gp=zeros(1,256); %返回一個(gè) 1x 256 px. 的矩陣 for i=1:256gp(i)=length(find(grayPic=(i-1)/(m*n); end figure,bar(0:255,gp); % 繪制直方圖title( 原圖像直方圖 ); %xlabel( 灰度值 ); %ylabel( 出現(xiàn)概率 ); %直方圖的名稱(chēng)直方圖的橫坐標(biāo)直方圖的橫坐標(biāo)創(chuàng)建一個(gè)新數(shù)組用來(lái)存放新的灰度值概率%計(jì)算新的各灰度出現(xiàn)的概率 newGp=zeros(1,256); % S1=zeros(1,256); S2=zeros(1,256);tmp=0;for i=1

18、:256tmp=tmp+gp(i);S1(i)=tmp;S2(i)=round(S1(i)*256); end%返回按指定位數(shù)進(jìn)行四舍五入的數(shù)值for i=1:256 newGp(i)=sum(gp(find(S2=i); % 求累計(jì)頻率 endfigure,bar(0:255,newGp);title( 均衡化后的直方圖 ); xlabel( 灰度值 );數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)第 頁(yè)共13頁(yè)ylabel( 出現(xiàn)概率);n ewGrayPic=grayPic; % 填充各像素點(diǎn)新的灰度值 for i=1:256newGrayPic(fi nd(grayPic=(i-1)=S2(i);endfig

19、ure,imshow(n ewGrayPic);| ditIrwrS look 兇sktop Window Help也二動(dòng)嚶X” 困回W Figure 勺0.026DQ2EditInsert Icfols Q?sldkp SMindow HdpW ”冒 口Furf 2Ble彭舟 irvsert lools Hwktop Sundew 開(kāi)pB、-、鋁!巳 口 冒T 旦均尚山啟的國(guó)方宙0.025.-1K円VFH數(shù)字圖像處理課程設(shè)計(jì)第 頁(yè) 共 13 頁(yè)分析：從上圖中可以看出，用直方圖均衡化后，圖像的直方圖的灰度間隔被拉大了，均 衡化的圖像的一些細(xì)節(jié)顯示了出來(lái)，這有利于圖像的分析和識(shí)別。直方圖均衡化就

20、是通 過(guò)變換函數(shù) histeq 將原圖的直方圖調(diào)整為具有“平坦”傾向的直方圖，然后用均衡直方 圖校正圖像。4.4 直方圖均衡化小結(jié)直方圖均衡化是灰度變換的一個(gè)重要應(yīng)用，它高效且易于實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于圖像增 強(qiáng)處理中。圖像的像素灰度變化是隨機(jī)的，直方圖的圖形高低不齊，直方圖均衡化就是 用一定的算法使直方圖大致平和。均衡化處理后的圖象只能是近似均勻分布。均衡化圖象的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大了，但其本 質(zhì)是擴(kuò)大了量化間隔，而量化級(jí)別反而減少了，因此，原來(lái)灰度不同的象素經(jīng)處理后可 能變的相同，形成了一片的相同灰度的區(qū)域，各區(qū)域之間有明顯的邊界，從而出現(xiàn)了偽 輪廓。如果原始圖像對(duì)比度本來(lái)就很高，如果再均衡化則灰度調(diào)和

21、，對(duì)比度降低。在泛白 緩和的圖像中，均衡化會(huì)合并一些象素灰度，從而增大對(duì)比度。均衡化后的圖片如果再 對(duì)其均衡化，則圖像不會(huì)有任何變化?；叶戎狈綀D均衡化的算法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是把直方圖的每個(gè)灰度級(jí)進(jìn)行歸一化處理， 求每種灰度的累積分布，得到一個(gè)映射的灰度映射表，然后根據(jù)相應(yīng)的灰度值來(lái)修正原 圖中的每個(gè)像素。經(jīng)典的直方圖均衡化算法可能存在以下一些不足： 1. 輸出圖像的實(shí)際灰度變化范圍 很難達(dá)到圖像格式所允許的最大灰度變化范圍。 2. 輸出圖像的灰度分布直方圖雖然接近 均勻分布 , 但其值與理想值 1/n 仍有可能存在較大的差異 , 并非是最佳值。 3. 輸出圖像的 灰度級(jí)有可能被過(guò)多地合并。由于灰

22、度的吞噬也易造成圖像信息的丟失。第五章 結(jié) 論數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)是數(shù)字圖像處理的基本技術(shù)， 圖像增強(qiáng)的目的是突出圖 像中人或者機(jī)器感興趣的特征部分， 為后續(xù)的圖像識(shí)別、 理解、輸出顯示等服 務(wù)。在論文進(jìn)行過(guò)程中， 在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下， 在對(duì)傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)技術(shù)的研 究和大量的實(shí)驗(yàn)仿真下完成的圖像增強(qiáng)算法的研究， 本論文所有的圖片都是作 者仿真后的結(jié)果圖片?？偨Y(jié)如下：圖像增強(qiáng)的方法有很多種， 針對(duì)不對(duì)圖像的情況運(yùn)用不同的增強(qiáng)技術(shù)， 使 圖像更容易讓人識(shí)別、 更清晰，是本課題主要的研究目的。 對(duì)比度增強(qiáng)法適合 于對(duì)比度較低的圖像， 通過(guò)線性和非線性的變化， 修改每一個(gè)像素的灰度， 從 而改變圖像的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。 直方圖均衡化針對(duì)在低值灰度區(qū) 間上頻率較大、圖像中較暗區(qū)域中細(xì)節(jié)看不清楚的圖像，有較好的增強(qiáng)效果。 但是上述兩種方法的缺點(diǎn)都是不能抑制噪聲， 對(duì)于圖像中呈孤立分散分布的噪 聲點(diǎn)，可以用平滑的方式去除，其中線性濾波實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，去噪效果明顯，但是 去噪的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)果圖像邊緣位置的改變和細(xì)節(jié)模糊甚至丟失； 非線性濾波 能夠較好的保持圖像邊緣位置和細(xì)節(jié)，但是算法的實(shí)現(xiàn)相對(duì)線性濾波比較困 難。平滑處理的時(shí)候經(jīng)常會(huì)使圖像的邊緣變的模糊， 圖像銳化處理的作用就是 使灰度反差增強(qiáng)，從而使模糊圖像變得更加清晰。最后， 圖