基于空域的图像增强技术研究
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第 28 卷 第 4 期（下） 2012 年 4 月
赤 峰 学 院 学 报（ 自 然 科 学 版 ） Journal of Chifeng University（Natural Science Edition）
Vol. 28 No. 4 Apr. 2012
基于空域的图像增强技术研究
关雪梅
（辽宁对外经贸学院 信息技术系，辽宁 大连 116052）
图像直方图是图像处理中一种十分重要的图像分析工 具，它描述了一副图像的灰度级内容，任何一副图像的直方 图都包含了丰富的信息，它主要用在图像分割、图像灰度变
- 22 -
换等处理过程中.从数学上来说图像直方图是图像各灰度值 统计特性与图像灰度值的函数，它统计一副图像中各个灰 度级出现的次数或概率；从图像上来说，它是一个二维图， 横坐标表示图像中各个像素点的灰度级，纵坐标为各个灰 度级上图像各个像素点出现的次数或概率，它是图像最基 本的统计特征.
直方图均衡化处理的中心思想是把原始图像的灰度直 方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的 均匀分布.直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新 分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同.
直方图均衡化就是把给定图像的直方图分布改变成“均匀”
分布直方图分布.
直方图均衡化的具体实现步骤如下：
（2）一副图像对应一个直方图，但不同的图像可能有相 同的直方图.也就是说，图像与直方图之间是一种多对一的 映射关系.
（3）各子图像的直方图之和等于整幅图像的直方图. 2.2 直方图的均衡化
直方图均衡化又称直方图平坦化，是将一已知灰度概 率密度分布的图像经过某种变换，变成一幅具有均匀灰度 概率密度分布的新图像.其结果是扩展了像元取值的动态范 围，从而达到增强图像整体对比度的效果.
(1)列出原始图像的灰度级
fj,j=0,1,…,L- 1
(1)
(2)统计各灰度级的像素数目
nj,j=0,1,…,L- 1
(2)
(3)计算原始图像直方图各灰度级的频数
Pf(fj)=nj/n,j=0,1,…,L- 1
(3)
(4)计算累积分布函数
k
C(f)=∑j=0 Pf(fj),j=0,1,…,k,…,L- 1
(4)
(5)应用以下公式计算映射后的输出图像的灰度级，P 为
输出图像灰度级的个数，其中 INT 为取整符号
gi=INT[(gmax- gmin)c(f)+gmin+0.5] i=1,…,P- 1
(5)
(6)统计映射后各灰度级的像素数目
ni,i=0,1,…,k,…,P- 1
(7)计算输出直方图 pg(gi)=ni/n,i=0,1,…,P- 1
摘 要：图像增强是数字图像处理的一类基本技术.图像增强为了改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度和工艺的适 应性，常常将图像感兴趣的特征有选择的突出，并衰减不需要的特征.本文主要研究基于空域的图像增强算法，探讨了直方图 的均衡化、直方图的规定化，以及灰度变换等空域图像增强方法.
关键词：图像增强；直方图；均衡化；规定化；灰度变换 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1673- 260X（2012）04- 0022- 03
1 引言 图像增强是用来提高图像的视觉效果，将图像转换成
适用于人眼、机器分析的形式的一门技术.目前已有很多技 术用于图像增强，但从传统的图像增强技术分类来看，总体 上可以分为空域增强方法和频域增强方法两大类.空域增强 方法是直接对图像中的像素进行处理，从根本上说是以图 像的灰度映射变换为基础的，所用的映射变换类型取决于 增强的目的.频域增强方法首先将图像空间中的图像以某种 形式转换到其他空间中，然后利用该空间的特有性质进行 图像处理，最后再转换到原来图像空间中，从而得到处理后 的图像.空域增强方法因其处理的直接性，相对于频域增强 复杂的空间变换，运算量相对要少一些，因此更广泛的应用 于实际中.本文主要针对空域增强技术进行研究.
(6)
用 fj 和 gi 的映射关系修改原始图像的灰度级，从而获 得直方图近似为均匀分布输出图像.
2.3 直方图的规定化
我们知道，直方图均衡化处理有良好的图像增强效果.
从实现算法上可以看出，其优点主要在于能自动增强整幅
图像的对比度，但具体的增强效果也因此不易控制，只能得
到全局均衡化处理的直方图.然而在实际应用中，往往要根
空域是指组成图像的像素的集合，空域图像增强直接 对图像中像素灰度值进行运算处理，基本上是以灰度映射 变换为基础的.空域图像增强主要有灰度变换和直方图均衡 化处理. 灰度变换的原理就是通过改变灰度的动态范围，达 到增强图像灰度级细节部分的方法.一般的变换函数包括线 性变换、非线性变换、分段线性变换.具体函数的选择与图像 成像系统和相应的应用场合有关.直方图均衡化是空域图像 增强中应用最广泛的一种方法，其基本原理是使得处理后 的图像灰度级近似均匀分布，来达到图像增强效果. 2 用直方图修正技术进行图像增强 2.1 直方图的定义
据不同的要求得到特定形状的直方图分布，以有选择地对
某灰度范围进行局部的对比度增强，即想要得到已知直方
图的增强图像.此时，可采用直方图的规定化处理，通过选择
合适的规定化函数取得期望的效果.直方图规定化就是针对
这种思想提出来的一种直方图修正增强方法.所以，从某种
意义上，直方图规定化可看作是直方图均衡化方法的改进.
在实际应用中，有时并不需要有整体的均匀分布直方 图，而是希望有目的地增强某个灰度级分布范围内的图像. 即可人为地改变直方图的形状，使之成为某个特定的形状. 直方图有以下性质：
（1）直方图是一幅图像中各灰度级出现频率的统计结 果，它只反映图像中不同灰度值出现的次数，而没反映某一 灰度所在的位置.也就是说，它只包含了该图像的某一灰度 像素出现的概率，而丢失了其所在位置的信息.
2.3.1 直方图规定化的基本原理
令 Pr(r)和 Pz(z)分别为原始图像和期望图像的灰度概率 密度函数.如果对原始图像和期望图像均作直方图均衡化处
理，则有：
乙r
S=T(r)= Pr(r)dr
(7)
0
乙r
v=G(z)= Pz(r)dz
(8)
0
z=G- 1(v)
(9)
赤 峰 学 院 学 报（ 自 然 科 学 版 ） Journal of Chifeng University（Natural Science Edition）
Vol. 28 No. 4 Apr. 2012
基于空域的图像增强技术研究
关雪梅
（辽宁对外经贸学院 信息技术系，辽宁 大连 116052）
图像直方图是图像处理中一种十分重要的图像分析工 具，它描述了一副图像的灰度级内容，任何一副图像的直方 图都包含了丰富的信息，它主要用在图像分割、图像灰度变
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换等处理过程中.从数学上来说图像直方图是图像各灰度值 统计特性与图像灰度值的函数，它统计一副图像中各个灰 度级出现的次数或概率；从图像上来说，它是一个二维图， 横坐标表示图像中各个像素点的灰度级，纵坐标为各个灰 度级上图像各个像素点出现的次数或概率，它是图像最基 本的统计特征.
直方图均衡化处理的中心思想是把原始图像的灰度直 方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的 均匀分布.直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新 分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同.
直方图均衡化就是把给定图像的直方图分布改变成“均匀”
分布直方图分布.
直方图均衡化的具体实现步骤如下：
（2）一副图像对应一个直方图，但不同的图像可能有相 同的直方图.也就是说，图像与直方图之间是一种多对一的 映射关系.
（3）各子图像的直方图之和等于整幅图像的直方图. 2.2 直方图的均衡化
直方图均衡化又称直方图平坦化，是将一已知灰度概 率密度分布的图像经过某种变换，变成一幅具有均匀灰度 概率密度分布的新图像.其结果是扩展了像元取值的动态范 围，从而达到增强图像整体对比度的效果.
(1)列出原始图像的灰度级
fj,j=0,1,…,L- 1
(1)
(2)统计各灰度级的像素数目
nj,j=0,1,…,L- 1
(2)
(3)计算原始图像直方图各灰度级的频数
Pf(fj)=nj/n,j=0,1,…,L- 1
(3)
(4)计算累积分布函数
k
C(f)=∑j=0 Pf(fj),j=0,1,…,k,…,L- 1
(4)
(5)应用以下公式计算映射后的输出图像的灰度级，P 为
输出图像灰度级的个数，其中 INT 为取整符号
gi=INT[(gmax- gmin)c(f)+gmin+0.5] i=1,…,P- 1
(5)
(6)统计映射后各灰度级的像素数目
ni,i=0,1,…,k,…,P- 1
(7)计算输出直方图 pg(gi)=ni/n,i=0,1,…,P- 1
摘 要：图像增强是数字图像处理的一类基本技术.图像增强为了改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度和工艺的适 应性，常常将图像感兴趣的特征有选择的突出，并衰减不需要的特征.本文主要研究基于空域的图像增强算法，探讨了直方图 的均衡化、直方图的规定化，以及灰度变换等空域图像增强方法.
关键词：图像增强；直方图；均衡化；规定化；灰度变换 中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1673- 260X（2012）04- 0022- 03
1 引言 图像增强是用来提高图像的视觉效果，将图像转换成
适用于人眼、机器分析的形式的一门技术.目前已有很多技 术用于图像增强，但从传统的图像增强技术分类来看，总体 上可以分为空域增强方法和频域增强方法两大类.空域增强 方法是直接对图像中的像素进行处理，从根本上说是以图 像的灰度映射变换为基础的，所用的映射变换类型取决于 增强的目的.频域增强方法首先将图像空间中的图像以某种 形式转换到其他空间中，然后利用该空间的特有性质进行 图像处理，最后再转换到原来图像空间中，从而得到处理后 的图像.空域增强方法因其处理的直接性，相对于频域增强 复杂的空间变换，运算量相对要少一些，因此更广泛的应用 于实际中.本文主要针对空域增强技术进行研究.
(6)
用 fj 和 gi 的映射关系修改原始图像的灰度级，从而获 得直方图近似为均匀分布输出图像.
2.3 直方图的规定化
我们知道，直方图均衡化处理有良好的图像增强效果.
从实现算法上可以看出，其优点主要在于能自动增强整幅
图像的对比度，但具体的增强效果也因此不易控制，只能得
到全局均衡化处理的直方图.然而在实际应用中，往往要根
空域是指组成图像的像素的集合，空域图像增强直接 对图像中像素灰度值进行运算处理，基本上是以灰度映射 变换为基础的.空域图像增强主要有灰度变换和直方图均衡 化处理. 灰度变换的原理就是通过改变灰度的动态范围，达 到增强图像灰度级细节部分的方法.一般的变换函数包括线 性变换、非线性变换、分段线性变换.具体函数的选择与图像 成像系统和相应的应用场合有关.直方图均衡化是空域图像 增强中应用最广泛的一种方法，其基本原理是使得处理后 的图像灰度级近似均匀分布，来达到图像增强效果. 2 用直方图修正技术进行图像增强 2.1 直方图的定义
据不同的要求得到特定形状的直方图分布，以有选择地对
某灰度范围进行局部的对比度增强，即想要得到已知直方
图的增强图像.此时，可采用直方图的规定化处理，通过选择
合适的规定化函数取得期望的效果.直方图规定化就是针对
这种思想提出来的一种直方图修正增强方法.所以，从某种
意义上，直方图规定化可看作是直方图均衡化方法的改进.
在实际应用中，有时并不需要有整体的均匀分布直方 图，而是希望有目的地增强某个灰度级分布范围内的图像. 即可人为地改变直方图的形状，使之成为某个特定的形状. 直方图有以下性质：
（1）直方图是一幅图像中各灰度级出现频率的统计结 果，它只反映图像中不同灰度值出现的次数，而没反映某一 灰度所在的位置.也就是说，它只包含了该图像的某一灰度 像素出现的概率，而丢失了其所在位置的信息.
2.3.1 直方图规定化的基本原理
令 Pr(r)和 Pz(z)分别为原始图像和期望图像的灰度概率 密度函数.如果对原始图像和期望图像均作直方图均衡化处
理，则有：
乙r
S=T(r)= Pr(r)dr
(7)
0
乙r
v=G(z)= Pz(r)dz
(8)
0
z=G- 1(v)
(9)