MATLAB如何實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)灰度變換直方圖均衡匹配

在MATLAB數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)空間域圖像增強(qiáng)的灰度變換，以及圖像直方圖的均衡和匹配(配準(zhǔn))?本文通過(guò)大量的圖片增強(qiáng)案例，從圖像的顯示效果和灰度直方圖分析入手，通過(guò)自編程，詳細(xì)地講解了圖像的四種灰度變換;使用 MATLAB 自帶的 imadjust 函數(shù);以及直方圖均衡化和規(guī)定化(匹配)處理的圖像增強(qiáng)方法。

Matla空間域圖像增強(qiáng)：基本的灰度變換

1. 負(fù)片變換

2. 對(duì)數(shù)變換

3. 伽馬變換

4. 灰度拉伸

使用imadjust函數(shù)增強(qiáng)圖像

圖像的直方圖均衡化處理

圖像的直方圖規(guī)定化(匹配) 處理

為什么要進(jìn)行圖像增強(qiáng)操作

1. 顯現(xiàn)圖像被模糊了的細(xì)節(jié)

2. 突出一幅圖像中感興趣的特征

圖像增強(qiáng)效果的評(píng)價(jià)

1. 有時(shí)候是非常主觀的，不同的人，各有偏愛(ài)

2. 圖像增強(qiáng)之后，以機(jī)器能識(shí)別為基本標(biāo)準(zhǔn)

主要參考文獻(xiàn)

1. 岡薩雷斯數(shù)字圖像處理，阮秋琦等譯

2. 岡薩雷斯數(shù)字圖像處理(MATLAB版)，阮秋琦等譯

灰度圖像的直方圖

橫軸：灰度圖像的灰度級(jí)[0, L-1]

縱軸：[0, L-1] 中各灰度值的像素在圖像總像素中的數(shù)量(所占比例)

MATLAB 函數(shù)：imhist

MATLAB 中的很多操作和函數(shù)，不支持uint8 的數(shù)據(jù)類型

為了便于處理，一般將uint8 數(shù)據(jù)類型的圖像，轉(zhuǎn)換為double 型

轉(zhuǎn)換函數(shù)：im2double

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基本的圖像灰度變換：伽馬變換

伽馬變換函數(shù)(double 類型圖像)

令c = 1，設(shè)定不同的γ 值時(shí)，計(jì)算并繪制伽馬變換函數(shù)

1. 當(dāng)γ = 1 時(shí)，輸出灰度與輸入灰度相同

2. 當(dāng)γ < 1 時(shí)，與對(duì)數(shù)變換的效果類似：太過(guò)灰暗的像素得到增強(qiáng)

3. 當(dāng)γ > 1 時(shí)，與γ < 1 時(shí)剛好相反：太過(guò)明亮的像素得到抑制

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基本的圖像灰度變換：灰度拉伸

灰度拉伸函數(shù)(double 類型圖像)

令E = 20，設(shè)定不同的m 值，計(jì)算并繪制灰度拉伸函數(shù)

令m = 0.5，設(shè)定不同的E 值，計(jì)算并繪制灰度拉伸函數(shù)

使用MATLAB imadjust函數(shù)增強(qiáng)圖像

針對(duì)于圖像的伽馬變換，MATLAB 自帶imadjust函數(shù)

J = imadjust(I, [low;high], [bottom; top], gamma)

輸入灰度low ~ high à輸出灰度bottom ~ top

輸入灰度小于lowà輸出灰度為bottom

輸入灰度大于highà輸出灰度為top

使用imadjust來(lái)增強(qiáng)前述所有的原始圖片

　　數(shù)字圖像的MATLAB直方圖均衡化處理

　　圖像的直方圖描述了一幅圖像的概貌，在前述灰度變換的實(shí)例中（尤其是灰度拉伸），經(jīng)過(guò)灰度變換之后，圖像的灰度值在整個(gè)［0， 1］ 灰度級(jí)上分布更加均勻，圖像的顯示效果明顯改善

　　讀取四幅不同顯示效果的圖像，繪制直方圖，并做比較

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　　直觀上說(shuō)，如果一副圖像的像素占有全部可能的灰度級(jí)，并且分布均勻，這樣的圖像有著高的對(duì)比度和豐富多變的色調(diào)，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行直方圖均衡化處理，可以使得圖像的像素在整個(gè)灰度級(jí)上近似均勻分布

　　MATLAB自帶histeq函數(shù)，T為圖像從I到J 的灰度變換函數(shù)

　?。跩， T］ = histeq（I）

　　J = histeq（I）

　　分別對(duì)四副花粉圖像做直方圖均衡化處理，并繪制直方圖和灰度變換函數(shù)

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　　數(shù)字圖像的MATLAB直方圖規(guī)定化（匹配）處理

　　直方圖的均衡化處理是圖像增強(qiáng)的一種好方法，但有時(shí)均勻的直方圖并不是圖像增強(qiáng)的最好方法

　　由于圖像主要是大片的暗區(qū)域，大量的像素值接近于0，直方圖均衡化處理，并沒(méi)有得到期望的效果

　　有些時(shí)候，希望處理的圖像具有指定的直方圖形狀：直方圖規(guī)定化（匹配）保留原直方圖的大體形狀，在暗灰度值部分的像素分布，做平滑過(guò)渡處理

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　　圖像的直方圖規(guī)定化處理，也是使用histeq 函數(shù)，調(diào)用格式如下

　　J = histeq（I，hgram）， hgram 為規(guī)定化的直方圖形狀根據(jù)原始直方圖的特點(diǎn)，利用sin 函數(shù)，構(gòu)造出兩個(gè)不同高度的波峰，分別置于像素灰度值較小處和較大處

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