灰度變換_原理_及Matlab程序

1、圖像灰度變換內(nèi)容摘要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

2、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?；A(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 貝U：y) = rO <J(爲(wèi) y) M ay ) = / ( fl c) /(b a ) (J (x. y )+

3、 和a £(& y) W hg g y) = d b C/Y y) CMf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)：f (r) a9 r + b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。SI i才疋彈白勺全爰哇舉吳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?。划?dāng)a = 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 <

4、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：IE 2G段纟戔仕丟度匹參其變換函數(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)的運算結(jié)果是將原圖在ri和2之間的灰度拉伸到si和S2之間。如果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

5、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

6、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)表示各個像素點的灰度級，縱坐標(biāo)為各個灰度級上圖像像素點出現(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 subplot(1,3,1);%圖像二值化(選取一個域值,(5)將圖像變?yōu)楹诎讏D像)l=imreadbw=im2bw(l,0.5);% 選取閾值為 0.5桌面 DIP-E1 增強(qiáng) DIP-E1 增強(qiáng) p12.tif);imshow(I);title('原圖');subplot(1,3,2);imshow(bw);tit

7、le('顯示二值圖像');J=fi nd(I<150);I(J)=0;J=fi nd(I>=150);I(J)=255;subplot(1,3,3);imshow(I);title('圖像二值化(域值為150)');Figure 1丨 口，回2非線性變換%寸數(shù)變換匸imread桌面 DIP-E1 增強(qiáng) DIP-E1 增強(qiáng) p12.tif);I=mat2gray(l);%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(l+1)；subplot(1,2,1);Imshow(I);%顯示圖像title(

8、9;原圖');subplot(1,2,2);Imshow(J);title('對數(shù)變換后的圖像')3,反色變換I仁imread桌面 DIP-E1 增強(qiáng) DIP-E1 增強(qiáng) p12.tif);figure,imshow(l);title(' 原始圖像');I2=imcompleme nt(l1);figure,imshow(I2);title(' 反色后圖像');4灰度圖像均衡化桌面DIP-E1 增強(qiáng) DIP-E1 增強(qiáng) p12.tif);J=histeq(l); subplot(1,2,1),imshow(l); subplot(1,2,2),imshow(J); figure,subplot(1,2,1),imhist(I,64); subplot(1,2,2),imhist(J,64);3結(jié)論灰度變換通過對原圖像素值重新分配實現(xiàn)，目