4.1 图像的对比度增强

一、什么是图像增强？

图像增强是对图像进行加工，以得到对具体应用来 说视觉效果更“好”，或更“有用”的图像的技术。
二、为什么要增强图像？

图像在传输或者处理过程中会引入噪声或使图像变 模糊，从而降低了图像质量，甚至淹没了特征，给 分析带来了困难。
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第四章 图像增强
3
4.0 概述
二、灰窗级切片有什么用？

在图像处理中，经常要对某个目标物的形状、边界、 截面面积以及体积进行测量，从而得到该目标物功能 方面的重要信息。如，医学中要对人体器官和组织进 行精确测量。
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第四章 图像增强
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4.1.4 线性变换的应用——灰级窗
切片（灰度切割） 三、灰窗级切片实现原理？
3 6
2
6 8
9
0 2
2
6 0
6
4 5
0
6 2
0 0
2 0 7 9 9
9 2 0 0 0
9 9 7 0 7
9 2 4 5 0
33
作用：进行亮暗限幅
2 7 0
有四舍五入
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第四章 图像增强
MATLAB环境实现图像增强
【例1 】在MATLAB环境中，采用图像线性变换
进行图像增强。应用MATLAB的函数imadjust
%显示图像
%显示图像的直方图
J1=imadjust(A,[0.3 0.7],[]); %函数将图像在 0.3*255~0.7*255灰度之间的值通过线性变换映射 到0~255之间 figure,imshow(J1); figure,imhist(J1) %输出图像效果图 %输出图像的直方图
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第四章 图像增强
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4.1.1 几个问题
1、为什么要灰度变换？ 由于图像的亮度范围不足或非线性会使图像的对
比度不理想。采用图像灰度值变换方法，即改变图像 像素的灰度值，以改变图像灰度的动态范围，增强图 像的对比度。
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第四章 图像增强
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4.1.1 几个问题
围调整
动态范围：

是指图像中从暗到亮的变化范围。 由于人眼所可以分辨的灰度的变化范围是有 限的，所以当动态范围太大时，很高的亮度 值把暗区的信号都掩盖了。 通过动态范围的压缩可以将所关心部分的灰 度级的变化范围扩大。
动态范围对人视觉的影响：

动态范围调整原理：

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第四章 图像增强
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第四章 图像增强
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4.1.4 线性变换的应用——对比度
展宽（拉伸） 四、对比度线性展宽处理方法

按照下面的公式进行点对点的影射：
f (i, j ) g (i, j ) ( f (i, j ) a) g a ( f (i, j ) b) g b

在扩展感兴趣的[a,b]区间的同时，为了保留其他区 间的灰度层次，也可以采用其它区间压缩的方法， 既有扩有压，变换函数为
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第四章 图像增强
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4.1.3 分段线性变换
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第四章 图像增强
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Baidu Nhomakorabea
4.1.4 线性变换的应用——对比度
展宽（拉伸） 一、什么是对比度展宽?为什么要进行对比度展宽?
2014-12-21 第四章 图像增强 4
4.0 概述
四、图像增强方法分类和方法过程

空域法：直接对图像中的像素灰度进行处理，基 本上是以灰度映射变换为基础。所用的映射变换 取决于增强的目的。 包括灰度变换、直方图修正，平滑和锐化处理、 彩色增强等。
f(m,n) → 修正h(m, n) →g(m,n) = f(m, n)*h(m, n)
h(i, j ) a h(i, j ) (a, b) h(i, j ) b
a
第四章 图像增强
b
255
32
f
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线性动态范围调整例题
1 2 3 1 9 3 9 7 8 3
2 2 3
黑：0 白：9 2 7
3 2 6 7 7
7 3 2 2 2
7 7 6 2 6
7 3 4 5 2 y=1.8*x-3.6
用于图像增强的某些基本灰度变换函数
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4.1.1 几个问题
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第四章 图像增强
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4.1.1 几个问题
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第四章 图像增强
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4.1.2 线性变换
线性变换原理:利用线性函数进行变换.
线性变换一般关系式为:
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三、目的

（1）改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；
（2）将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理的 形式。
注意：在图像增强的过程中，没有新信息的增加， 只是通过压制一部分信息，从而突出另一部分信息。 增强处理并不能增强原始图像的信息，其结果只能 增强某种信息的辨识能力，而这种处理有可能损失一些 其他信息。图像增强处理是数字图像处理的基本内容之 一。
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第四章 图像增强
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4.1.3 分段线性变换
应用目的：将人所关心的部分强调出来。为了突出感兴 趣目标所在的灰度区间，相对抑制那些不感兴趣的灰度 空间，可采用分段线性变换。 原理：进行像素点对点的，灰度级的影射。
设新、旧图的灰度级分别为g和f，要求g和f均在[0，255] 间变化，但是g的表现效果要优于f。
数字图像处理
Digital Image Processing
第四章
图像增强
图像增强研究的内容
点运算 灰度变换
直方图修正法
平滑 锐化
空间域
区域运算
图像增强
频率域
高通滤波 低通滤波 同态滤波增强 假彩色增强 伪彩色增强 彩色变换增强
2
彩色增强 代数运算
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第四章 图像增强
4.0 概述
二、灰窗级实现原理

g
还是分段线性变换，此处有: α=γ=0
g γ β
255
255
gb
β
ga
α
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a b
255
f
第四章 图像增强
a b
255
f
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4.1.4 线性变换的应用——灰级窗
切片（灰度切割） 一、什么是灰级窗切片?

是指将所需检测的目标与画面中其他的部分分离开， 目标部分置为白（黑），而非目标部分置为黑（白）。 这样就把需要的目标突出显示出来了。
展宽（拉伸）
对比度展宽（拉伸）例图
(a)变换函数的形式 (b)低对比度图像 (c)对比度展宽（拉伸）的结果 (d)门限化的结果
(a) (b)
(c)
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(d)
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4.1.4 线性变换的应用——灰级窗
一、什么是灰级窗?

就是通过映射关系，把灰度值落在一定范围内的目标 进行对比度增强。也就是只显示指定灰度级范围内的 信息


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第四章 图像增强
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4.0 概述
四、图像增强方法分类和方法过程

频域处理方法：基础是卷积定理，在图像的变换 域中，采用修改图像傅立叶变换的方法，然后经 逆变换实现对图像的增强结果。 常用的方法，低通滤波，高频提升滤波、同态滤 波等。

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第四章 图像增强
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0 f (i, j ) a a f (i, j ) b b f (i, j ) 255
(i 1, 2,..., m; j 1, 2,..., n)
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第四章 图像增强
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4.1.4 线性变换的应用——对比度
展宽（拉伸）
也就是说，新图与旧图的灰度关系如下图所示。 α,β,γ是斜率，其值是：

分段线性灰度变换，表达式如下。
0 f (i, j ) a a f (i, j ) b b f (i, j ) 255
255
g
(i 1,2,..., m; j 1,2,..., n)
a b 255
f
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第四章 图像增强
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4.1.4 线性变换的应用——动态范

(1) 对比度线性展宽处理，就是图像灰度值的分布拉伸、 展宽。
(2) 之所以要进行对比度展宽，是因为有时获得的图像 画面效果不好，画面中期望观察的对象因对比度不足而 不够清晰，因此要通过对比度展宽的方法获得对画质的 改善。

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第四章 图像增强
23
4.1.4 线性变换的应用——对比度
2、灰度增强一般原理
设原图像(像素灰度值)为f(m,n)，处理后图像(像素灰 度值)为g(m,n)，则对比度增强可表示为：
其中，T(.)表示增强图像和原图像的灰度变换函数
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第四章 图像增强
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4.1.1 几个问题
3、灰度变换分类
灰度变换分为线性变换 (正比或反比)和非线性 变换。非线性变换有对 数的(对数和反对数的)， 幂次的(n次幂和n次方 根变换) 。 下面是一些灰度变换曲 线。
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第四章 图像增强
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4.1.3 分段线性变换
(1) 扩展感兴趣的，牺牲其他

对于感兴趣的[a,b]区间，采用斜率大于1的线性变换 来进行扩展，而把其他区间用a或b来表示。变换函 数是
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第四章 图像增强
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4.1.3 分段线性变换
(2) 扩展感兴趣的，压缩其他
ga gb g a , , fa fb f a 255 gb 255 f b
g
255 gb β ga γ
图中看出α<1, γ<1,是对 非重要景物的抑制，β>1， 是对重要景物的对比度展宽
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α a b
255
f
第四章 图像增强
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4.1.4 线性变换的应用——对比度
展宽（拉伸） 二、对比度展宽的特性?

一般，我们处理前后的图像量化级数相同，即处理前 后图像的灰度分布范围都是[0，255]。因此，我们进 行对比度展宽，只能通过抑制非重要信息的对比度来 腾出空间给重要信息进行对比图展宽。
三、对比度展宽原理

实际就是图像灰度值的线性映射。进行像素点对点的， 灰度级的影射。
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4.1.4.1 线性动态范围调整
如下图所示，将原来[0,255]范围内的亮暗变化，压 缩到[a,b]范围内。 再将[a,b]范围内的灰度值伸展到[0,255]。
0
a
黑
b
白
1
255
g
0 255a 255 * h (i, j ) h(i, j ) (b a) b a 255
其中 是调节常数。用于调节变换后的灰度值，使其 符合实际要求。 对数变换的作用是扩展图像的低灰度范围，同时压 缩高灰度范围。

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第四章 图像增强
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4.1.5 灰度的非线性变换——对数
变换 二、对数变换应用—非线性动态范围调整

通常用取对数的方法。原因是人眼对信号的处理是 有一个近似对数算子的环节。
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第四章 图像增强
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非线性动态范围调整例题
1
2 3 6 2
3
1 6 8 9
第四章 图像增强
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MATLAB实现的程序：
（a）原图
（b）原图的直方图
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第四章 图像增强
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MATLAB实现的程序：
（c）输出图像
（d）输出图像的直方图
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第四章 图像增强
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4.1.5 灰度的非线性变换——对数
变换 一、对数变换原理


对数变换的一般表达式是：
第四章 图像增强
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4.1.2 线性变换
令图像f(m,n)的灰度范围是【a,b】,线性变换后图像 g(m,n)的灰度范围为【c,d】,如下图
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第四章 图像增强
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4.1.2 线性变换
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第四章 图像增强
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4.1.2 线性变换
在曝光不足或过度的情况下，图像灰度可能会局限在 一个很小的范围内。这时就形成一个模糊不清，似乎 没有灰度层次的图像。采用线性变换对图像每一个像 素灰度做线性拉伸，可有效地改善图像视觉效果。
将图像0.3×255~0.7×255灰度之间的值通过线
性变换映射到0~255之间。 解：分别取：a＝0.3×255，b＝0.7×255， c=0，d=255。
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第四章 图像增强
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MATLAB实现的程序：
A=imread('pout.tif'); %读入图像
imshow(A);
figure,imhist(A);
4.0 概述
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第四章 图像增强
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第四章
图像增强

1 2 3 4
图像的对比度增强 图像的直方图修正 图像平滑 图像锐化
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第四章 图像增强
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4.1 图像的对比度增强
灰度变换可使图像动态范围增大，图像对比 度扩展，从而使图像变得清晰以及图像上的 特征变得明显。