灰度級(jí)變換教學(xué)文案

灰度級(jí)變換3.1圖像的γ校正

我們知道，數(shù)字圖像信息的獲取通常都是通過(guò)光電傳感器(如：CCD)來(lái)完成的。但是，由于傳感器的輸入輸出特性不是線性的。所以，如果不進(jìn)行校正處理的話，將無(wú)法得到好的圖像效果。

（同理，加洗照片不對(duì)顏色進(jìn)行校正配準(zhǔn)，所以效果都會(huì)略差一些）3.1.1光電傳感器的輸入輸出特性

設(shè)CCD的輸入（入射光強(qiáng)度）為L(zhǎng)，輸出（電流強(qiáng)度）為I，則有：當(dāng)我們得到信號(hào)I之后，必須對(duì)其進(jìn)行校正，使得后面處理的信息為L(zhǎng)或估計(jì)的近似L。3.1.2γ校正的原理

因此，γ校正的關(guān)鍵是確定γ值。3.1.3γ校正方法1.γ值的確定1）理論確定方法即logI與logL成線性關(guān)系。選線性區(qū)的斜率來(lái)計(jì)算γ值。3.1.3γ校正方法2）實(shí)際中

γ值的確定方法通常CCD的γ值在0.4~0.8之間，γ值越小，畫(huà)面的效果越差。根據(jù)畫(huà)面對(duì)比度的觀察與分析，可以大致得到該設(shè)備的γ值（或依據(jù)設(shè)備的參考γ值）。例題4699954686680878950759580原始信息Lγ=0.41399821373360646820529260CCD的輸出信息I如果不進(jìn)行校正的話，會(huì)有11/25=44%的數(shù)據(jù)畸變嚴(yán)重。從上面的數(shù)據(jù)規(guī)律可以看出，會(huì)導(dǎo)致對(duì)比度的減小。(對(duì)比度：是黑與白的比值，也就是從黑到白的漸變層次。比值越大，從黑到白的漸變層次就越多，從而色彩表現(xiàn)越豐富。一般來(lái)說(shuō)對(duì)比度越大，圖像越清晰醒目，色彩也越鮮明艷麗；而對(duì)比度小，則會(huì)讓整個(gè)畫(huà)面都灰蒙蒙的。）（運(yùn)算見(jiàn)：P32（式3.3）對(duì)比度計(jì)算公式3.1.3

γ校正方法2.對(duì)輸入信息進(jìn)行γ校正

在實(shí)際中，通常是根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的速查表來(lái)完成校正。

例題46999546866808789507595801399921363360656920529260CCD的輸出信息I1399821373360646820529260γ校正后的信息原始信息校正后的誤差為計(jì)算誤差，是不得已的，可忽略的誤差

值得注意的是：所得到的γ值不一定準(zhǔn)確，那么我們來(lái)看一下，γ值不準(zhǔn)確時(shí)，進(jìn)行校正后的圖像效果。無(wú)校正CCD圖像效果示意圖不同γ值的效果示意圖原圖γ=0.8

γ=0.4按γ=0.8校正不準(zhǔn)確γ值的校正（估計(jì)的γ偏大）γ=0.4按γ=0.6校正按γ=0.4校正不準(zhǔn)確γ值的校正（估計(jì)的γ偏?。│?0.8按γ=0.4校正按γ=0.6校正按γ=0.8校正3.2對(duì)比度展寬

對(duì)比度展寬的目的是，將人所關(guān)心的部分強(qiáng)調(diào)出來(lái)。原理是，進(jìn)行像素點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，灰度級(jí)的影射。設(shè)新、舊圖的灰度級(jí)分別為g和f，要求g和f均在[0，255]間變化，但是g的表現(xiàn)效果要優(yōu)于f。

3.2.1對(duì)比度展寬方法的原理

按照下面的公式進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的影射：3.2.1對(duì)比度展寬方法的原理

也就是說(shuō)，新圖與舊圖的灰度關(guān)系如下圖所示。255abfg255gagbαγβ3.2.2灰級(jí)窗只顯示指定灰度級(jí)范圍內(nèi)的信息。按照前面的計(jì)算公式有:α=γ=0

255abfg255gagbαγβ255abfg255β3.2.3灰級(jí)窗切片只保留感興趣的部分，其余部分置為0。255abfg2553.3動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整動(dòng)態(tài)范圍：是指圖像中從暗到亮的變化范圍。動(dòng)態(tài)范圍對(duì)人視覺(jué)的影響：由于人眼所可以分辨的灰度的變化范圍是有限的，所以當(dāng)動(dòng)態(tài)范圍太大時(shí)，很高的亮度值把暗區(qū)的信號(hào)都掩蓋了。動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整原理：通過(guò)動(dòng)態(tài)范圍的壓縮可以將所關(guān)心部分的灰度級(jí)的變化范圍擴(kuò)大。3.3.1線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整如下圖所示，將原來(lái)[0,255]范圍內(nèi)的亮暗變化，壓縮到[a,b]范圍內(nèi)。再將[a,b]范圍內(nèi)的灰度值伸展到[0,255]。黑白ab01255abfg255線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整例題1399821373360646820529260黑：02白：9723777223733626467225272620299900292270747900509070y=1.8*x-3.6作用：進(jìn)行亮暗限幅

3.3.2非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整通常用取對(duì)數(shù)的方法。原因是人眼對(duì)信號(hào)的處理是有一個(gè)近似對(duì)數(shù)算子的環(huán)節(jié)。非線性動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整例題13998213733606468205292603599943585580868940749480g(i,j)=9*log(f(i,j)+1)作用：將暗的部分?jǐn)U展，而將亮的部分抑制。3.4直方圖均衡化方法直方圖均衡方法的基本思想是，對(duì)在圖像中像素個(gè)數(shù)多的灰度級(jí)進(jìn)行展寬，而對(duì)像素個(gè)數(shù)少的灰度級(jí)進(jìn)行縮減。從而達(dá)到清晰圖像的目的。一、求灰度直方圖設(shè)f、g分別為原圖像和處理后的圖像。求出原圖f的灰度直方圖，設(shè)為h。顯然，在[0,255]范圍內(nèi)量化時(shí)，h是一個(gè)256維的向量。例1399821373360646820529260fh03122434415164718293注：這里為了描述方便起見(jiàn)，設(shè)灰度級(jí)的分布范圍為[0,9]。二、計(jì)算灰度分布概率2.1求出圖像f的總體像素個(gè)數(shù)Nf=m*n(m,n分別為圖像的長(zhǎng)和寬）2.2計(jì)算每個(gè)灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)在整個(gè)圖像中所占的百分比。hs(i)=h(i)/Nf(i=0,1,…,255)例hs00.1210.0820.1630.1640.0450.0460.1670.0480.0890.12

h03122434415164718293hs=h/25三、計(jì)算灰度級(jí)的累計(jì)分布設(shè)圖像各灰度級(jí)的累計(jì)分布hp。

例

hp00.1210.2020.3630.5240.5650.6060.7670.8080.8891.00

hs00.1210.0820.1630.1640.0450.0460.1670.0480.0890.12四、計(jì)算新圖像的灰度值新圖像g的灰度值g(i,j)為

例

f

hp00.1210.2020.3630.5240.5650.6060.7670.8080.8891.002599832575570757830539370g1399821373360646820529260五、處理前后灰度直方圖的比較

0123456789

0123456789f的灰度直方圖g的灰度直方圖3.5灰度級(jí)的修正

通過(guò)記錄裝置把一景物變成一幅圖像時(shí)，景物上每一點(diǎn)所反射的光，一定不是均衡的，靠近光源的部分一定會(huì)比較亮一些。3.5灰度級(jí)的修正

灰度級(jí)修正的目的是:使畫(huà)面中的每個(gè)關(guān)心的細(xì)節(jié)信息通過(guò)灰度級(jí)修正之后，可以變得清楚可見(jiàn)。設(shè)f為獲得的觀測(cè)圖像，g為理想圖像，e為畸變因子，則有3.6偽彩色技術(shù)由于人眼分辨不同彩色的能力比分別不同的灰度級(jí)的能力強(qiáng)，因此，把人眼無(wú)法區(qū)別的灰度變化，施以不同的彩色來(lái)提高識(shí)別率，這便是偽彩色增強(qiáng)的基本依據(jù)。3.6.1偽彩色技術(shù)的原理我們知道，灰度圖像要生成一幅彩色圖像是一個(gè)一到三的影射。顯然由少信息量獲得多信息量必然是基于估計(jì)原理。也就是說(shuō)，對(duì)未知的部分，通過(guò)各種手段進(jìn)行合理的估計(jì)。研究的目的不同，則估計(jì)的方法也隨之不同。3.6.2基于亮度表示的偽彩色方法仿照對(duì)溫度的描述方式，當(dāng)溫度比較低，我們會(huì)想到藍(lán)色（又稱(chēng)冷色調(diào)），當(dāng)溫度較高的時(shí)候，會(huì)想到紅色（又稱(chēng)暖色調(diào)）。根據(jù)人感官上的這一特性，將亮度低的影射為藍(lán)色，亮度高的影射為紅色。3.6.2基于亮度表示的偽彩色方法由此，可以按照如下所示的影射關(guān)系進(jìn)行偽彩色處理。255063127191255

fgR255063127191255

fgG255fgB063127191255

3.6.3基于區(qū)域表示的偽彩色方法這種偽彩色技術(shù)在醫(yī)學(xué)診斷中常被用到，目的是突出病灶，提高診斷率。該偽彩色技術(shù)是對(duì)原圖進(jìn)行了預(yù)處理，將識(shí)別出屬于不同性質(zhì)的區(qū)域給不同的色彩。

作業(yè)