基于直方圖變換實現(xiàn)的圖像增強的課程設計說明書

1、燕山大學課程設計說明書題目：基于直方圖變換實現(xiàn)的圖像增強數(shù)字圖像處理課程設計畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導 教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布 過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個 人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名： 日 期：指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設

2、計（論文）的印刷本和 電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并 提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下， 學?？梢怨颊?文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：日 期：燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：基層教學單位:學號學生姓名專業(yè)（班級）設計題目基于直方圖變換實現(xiàn)的圖像增強設計技術參數(shù)實現(xiàn)基于直方圖變幻的圖像增強，針對不冋類型的圖像米用合適的增強方法， 以實現(xiàn)最好程度的增強。設 計 要 求選擇一副對比度不足的圖像，對該圖像進行灰度變換實現(xiàn)圖像的增強，增強 對比度，顯示增強前、后的圖像以及他們的灰度直方圖?？偨Y直方圖

3、增強的 方法，對比方法的優(yōu)缺點，積極思考基于特定圖像的增強方法，設計中應具 有自己的設計思想、設計體會。工 作 量工 作 計 劃參 考 資 料指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、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 各種圖像增強技術方法的優(yōu)缺點 4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第4章直方圖增強

5、及matlab實現(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的實現(xiàn) 6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 直方圖均衡化小結 9第5章結論 10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第6章心得體會 12 HYPERLINK

6、 l bookmark46 o Current Document 第7章參考文獻 12數(shù)字圖像處理課程設計第 頁共13頁第一章摘要摘要：圖像增強不僅可以用于提高圖像的視覺外觀，而且還是圖 像邊緣檢測以及特征提取等技術的基礎。 本課程設計主要研究用于 增強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件進行編程，運用上述算法對 圖像進行處理。實驗結果表明，處理后的圖像對比度得到了明顯改 善，增強了圖像的視覺效果。在以上算法中可以通過靈活設置相關 參數(shù)獲取不同的圖像增強效果，并且具有處理速度快的優(yōu)點。通過對圖像增強的方法進行比較之后， 得出不同方法在使

7、用過 程中的優(yōu)缺點，并且積極思考和掌握在特定圖像下增強圖像的最優(yōu) 方法。關鍵字：數(shù)字圖像處理；圖像增強；直方圖；均衡化；規(guī)定化；matlab第二章引言引言：圖像增強是指按特定的需要突出一副圖像中的某些信息， 同時，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 理后的圖像對某種特定的應用來說，比原始圖像更適用。圖像增強技術是不考慮圖像降質(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。如突出目標物輪廓，去除各類噪音，將黑 白圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閭尾噬珗D像。從圖像質(zhì)量評價觀點來看，圖像增強的主要目的是提高圖像的可懂度，更有利于人的視覺感知圖像處

8、理技術在40多年的時間里，迅速發(fā)展成為一門獨立的有 強大生命力的學科，圖像增強技術已逐步涉及人類生活和社會生產(chǎn) 的各個方面，在航天、生物醫(yī)學、工業(yè)生產(chǎn)領域、以及軍事等方面 的應用已經(jīng)趨于成熟化和進一步的提高。 成為人類科學技術上不可 或缺的一部分。第三章圖像增強的重要方法圖像增強技術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 色處理技術等。在實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 達到預期的增強效果。圖像增強技術基本上可以分成兩大類：一類是頻域處理，一類是 空域處理法。圖像增強有圖像對比度增強、亮度增強，輪廓增強等等?？臻g域法主要在 空間域內(nèi)對像素灰度值

9、直接運算處理，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)，對圖像的變換值進行預算，如先對圖像 進行傅里葉變換，在進行濾波處理，最后將濾波處理后的圖像變換值反變換到空間域， 從而獲得增強后的圖像。3.1.灰度變換灰度變換可使圖像動態(tài)范圍增大，圖像對比度擴展，圖像變清晰，特征明顯是圖像 增強的重要手段之一。具體來說是一種通過改變圖像像元的亮度分布態(tài)勢，擴展灰度分 布區(qū)間來改變圖像像元對比度，從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。因為亮度值是輻射 強度的反映，所以也稱為輻射增強。常用的方法有對比度線性變換和非線性變換。其關 鍵是尋找到一個函數(shù)，以此函數(shù)對圖像中每

10、一個像元進行變換，使像元得到統(tǒng)一的重新 分配，構成得到反差增強的圖像3.2直方圖修正法（1）直方圖均衡化直方圖均衡化是通過對原圖像進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圖像作修正的增強方法也成為直方圖匹配。3.3平滑噪聲有些圖像是通過掃描儀掃描輸入、或傳輸通道傳輸過來的。圖像中往往包含有各種 各樣的噪聲。這些噪聲一般是隨機產(chǎn)生的，因此具有分布和大小不規(guī)則性的特點。這些 噪聲的存在直接影響著后續(xù)的處理過程，使圖像失真。圖像平滑就是針對圖像噪聲的操 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，它用一個有奇數(shù)點的掩模在圖像上滑動，將掩模中心對應 像素點的灰度值用掩模內(nèi)所有像素點灰度的平均值代替，如果規(guī)定了在取均值過程中掩 模內(nèi)各像素點所占的權重，即各像素點所乘系數(shù)，這時就稱為加權均值濾波；中值濾波 是一種非線性空間濾波，其與均值濾波的區(qū)別是掩模中心對應像素點的灰度值用掩模內(nèi) 所有像素點灰度值的中間值代替。3.4銳化平滑噪聲時經(jīng)常會使圖像的邊緣變的模糊，針對平均和積分運算使圖像模糊，可對 其進行反運算采取微分算子使用模板和統(tǒng)計差值的方法，使圖像增強銳化。圖像邊緣與 高頻分量相對應，高通濾波器可以讓高頻分量暢通無阻，而對低頻分量則充分限制，通

12、過高通濾波器去除低頻分量，也可以達到圖像銳化的目的。3.5各種圖像增強技術方法的優(yōu)缺點（1）灰度變換優(yōu)勢：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 強算法。不足：對于受噪聲影響明顯的圖像，該算法增強效果不明顯。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：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，其結果擴張了像素 值的動態(tài)范圍，是一種常用的圖像增強算法。不足：不能抑制噪聲。數(shù)字圖像處理課程設計第5頁 共13 頁（3）平滑算法優(yōu)勢：去噪效果明顯，并且能夠較好的保持圖像邊緣位置和細節(jié)。 不足：非線性濾波算法的實現(xiàn)相對線性濾波比較

13、困難。（3）銳化優(yōu)勢：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，邊界更加明顯。不足：圖像顯示清楚的地方，經(jīng)過濾波發(fā)生了失真。第四章 直方圖增強及 matlab 實現(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。 是間接對比度增強的方法。 由信息學的理論來解釋， 具有最大熵 （信息量 ） 的圖象為均衡化圖象。直觀地講，直方圖均衡化導致圖象的對比度增加。從原理上講， 直方圖均衡化則通過使用累計函數(shù)對灰度值進行“調(diào)整”以實現(xiàn)對比度的增強。直方圖均衡化基本做法是將每個灰度區(qū)間等概率分布代替了原來的隨機分布，即增 強后的圖象中

14、每一灰度級的像元數(shù)目大致相同。直方圖均衡化可使得面積最大的地物細 節(jié)得以增強，而面積小的地物與其灰度接近的地物進行合并，形成綜合地物。減少灰度 等級換取對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 圖象的動態(tài)范圍擴大了，但其本質(zhì)是擴大了量化間隔，而量化級別反而減少了，因此， 原來灰度不同的象素經(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)字圖像處理課程設計第 頁共13頁變換前圖像的直方圖均衡化后圖像的直方圖(1)對于連續(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當變換函數(shù)為r的累積直方圖函數(shù)時，能達到直方圖均衡化的目的(2)對于灰度級為離散的數(shù)字圖像，用頻率；來代替概率，則所用直方圖公式為j=0=o公式中，T(rk)來表示原圖像的第 k個灰度級的轉(zhuǎn)換函數(shù)。刀表示總和。刀nj/N 表示0j 個灰度級的像素數(shù)量總和與像素總數(shù)的比值，也就是前面講過的百分位(當前色階與前面色階的所有像素數(shù)量十總像素數(shù)量 )。刀Pr(rk )表示第0k的灰度級出現(xiàn)概率累積相加。因為s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)字圖像處理課程設計第 7頁 共 13 頁Yuantu=imread(D:Yuantu.JPG); %讀取原圖象讀取原圖象的大小尺寸 對原圖像進行灰度變換 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); % %計算原圖像

17、各灰度出現(xiàn)的概率gp=zeros(1,256); %返回一個 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 ); %直方圖的名稱直方圖的橫坐標直方圖的橫坐標創(chuàng)建一個新數(shù)組用來存放新的灰度值概率%計算新的各灰度出現(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)進行四舍五入的數(shù)值for i=1:256 newGp(i)=sum(gp(find(S2=i); % 求累計頻率 endfigure,bar(0:255,newGp);title( 均衡化后的直方圖 ); xlabel( 灰度值 );數(shù)字圖像處理課程設計第 頁共13頁ylabel( 出現(xiàn)概率);n ewGrayPic=grayPic; % 填充各像素點新的灰度值 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pB、-、鋁!巳 口 冒T 旦均尚山啟的國方宙0.025.-1K円VFH數(shù)字圖像處理課程設計第 頁 共 13 頁分析：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節(jié)顯示了出來，這有利于圖像的分析和識別。直方圖均衡化就

20、是通 過變換函數(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 直方圖均衡化小結直方圖均衡化是灰度變換的一個重要應用，它高效且易于實現(xiàn)，廣泛應用于圖像增 強處理中。圖像的像素灰度變化是隨機的，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。均衡化圖象的動態(tài)范圍擴大了，但其本 質(zhì)是擴大了量化間隔，而量化級別反而減少了，因此，原來灰度不同的象素經(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。如果原始圖像對比度本來就很高，如果再均衡化則灰度調(diào)和

21、，對比度降低。在泛白 緩和的圖像中，均衡化會合并一些象素灰度，從而增大對比度。均衡化后的圖片如果再 對其均衡化，則圖像不會有任何變化?；叶戎狈綀D均衡化的算法，簡單地說，就是把直方圖的每個灰度級進行歸一化處理， 求每種灰度的累積分布，得到一個映射的灰度映射表，然后根據(jù)相應的灰度值來修正原 圖中的每個像素。經(jīng)典的直方圖均衡化算法可能存在以下一些不足： 1. 輸出圖像的實際灰度變化范圍 很難達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 灰度級有可能被過多地合并。由于灰

22、度的吞噬也易造成圖像信息的丟失。第五章 結 論數(shù)字圖像增強技術是數(shù)字圖像處理的基本技術， 圖像增強的目的是突出圖 像中人或者機器感興趣的特征部分， 為后續(xù)的圖像識別、 理解、輸出顯示等服 務。在論文進行過程中， 在導師的悉心指導下， 在對傳統(tǒng)的圖像增強技術的研 究和大量的實驗仿真下完成的圖像增強算法的研究， 本論文所有的圖片都是作 者仿真后的結果圖片。總結如下：圖像增強的方法有很多種， 針對不對圖像的情況運用不同的增強技術， 使 圖像更容易讓人識別、 更清晰，是本課題主要的研究目的。 對比度增強法適合 于對比度較低的圖像， 通過線性和非線性的變化， 修改每一個像素的灰度， 從 而改變圖像的動態(tài)范圍達到圖像增強的目的。 直方圖均衡化針對在低值灰度區(qū) 間上頻率較大、圖像中較暗區(qū)域中細節(jié)看不清楚的圖像，有較好的增強效果。 但是上述兩種方法的缺點都是不能抑制噪聲， 對于圖像中呈孤立分散分布的噪 聲點，可以用平滑的方式去除，其中線性濾波實現(xiàn)簡單，去噪效果明顯，但是 去噪的同時會導致結果圖像邊緣位置的改變和細節(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節(jié)，但是算法的實現(xiàn)相對線性濾波比較困 難。平滑處理的時候經(jīng)常會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，從而使模糊圖像變得更加清晰。最后， 圖