圖像增強(qiáng)算法研究綜述

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1、圖像增強(qiáng)算法研究綜述摘要：本文簡(jiǎn)要介紹圖像增強(qiáng)的概念和圖像增強(qiáng)算法的分類(lèi)，從圖像的直方圖均衡化處理方法，直方圖規(guī)定化處理方法和圖像平滑處理方法三方面對(duì)圖像增強(qiáng)算法進(jìn)行討論和研究，并說(shuō)明了圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用和前景展望。關(guān)鍵詞：圖像增強(qiáng)直方圖均衡化平滑處理近年來(lái)，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)圖像處理得到了飛躍的發(fā)展，己經(jīng)成功的應(yīng)用于幾乎所有與成像有關(guān)的領(lǐng)域，并正發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。它利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行系列操作，從而獲得某種預(yù)期的結(jié)果。對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)，經(jīng)常運(yùn)用圖像增強(qiáng)技術(shù)以改善圖像的質(zhì)量增強(qiáng)對(duì)某種信息

2、的辨識(shí)能力，以更好的應(yīng)用于現(xiàn)代各種科技領(lǐng)域，圖像增強(qiáng)技術(shù)的快速發(fā)展同它的廣泛應(yīng)用是分不開(kāi)的，發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自穩(wěn)定涌現(xiàn)的新的應(yīng)用，我們可以預(yù)料，在未來(lái)社會(huì)中圖像增強(qiáng)技術(shù)將會(huì)發(fā)揮更為重要的作用。在圖像處理過(guò)程中，圖像增強(qiáng)是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。1.圖像增強(qiáng)概念及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用1.1圖像增強(qiáng)技術(shù)圖像增強(qiáng)[1,2]是數(shù)字圖像處理[3,4]的基本內(nèi)容之一。圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)，削弱或去除某些不需要的信息。這類(lèi)處理是為了某種應(yīng)用目的去改善圖像質(zhì)量，處理的結(jié)果更適合于人的視覺(jué)特性或機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)，圖像

3、增強(qiáng)處理并不能增加原始圖像的信息，而只能增強(qiáng)對(duì)某種信息的辨識(shí)能力，使處理后的圖像對(duì)某些特定的應(yīng)用比原來(lái)的圖像更加有效。1.2圖像增強(qiáng)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用目前，圖像增強(qiáng)處理技術(shù)的應(yīng)用己經(jīng)滲透到醫(yī)學(xué)診斷、航空航天、軍事偵察、紋識(shí)別、無(wú)損探傷、衛(wèi)星圖片的處理等相關(guān)領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了很大的作用。其中最典型的應(yīng)用主要體現(xiàn)以下方面。1.2.1通訊領(lǐng)域包括圖像傳輸、電視電話(huà)、電視會(huì)議等，主要是進(jìn)行圖像壓縮甚至理解基礎(chǔ)上的壓縮是把文字、圖表、照片等圖像通過(guò)光電掃描的方式變成電信號(hào)加以傳送。71.2.2遙感航空遙感和衛(wèi)星

4、遙感圖像需要用數(shù)字技術(shù)加工處理，并提取有用的信息。主要用于地形地質(zhì)，礦藏探查，森林、水利、海洋、農(nóng)業(yè)等資源調(diào)查，自然災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，環(huán)境污染監(jiān)測(cè)，氣象衛(wèi)星云圖處理以及地面軍事目標(biāo)的識(shí)別。1.2.3生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域圖像處理在醫(yī)學(xué)界用的比較多，無(wú)論是在臨床診斷還是病理研究都大量采用圖像處理技術(shù)。人們都喜歡它的直觀(guān)、無(wú)創(chuàng)傷、安全方便的特點(diǎn)。它主要用在X射線(xiàn)照片的分析，血球計(jì)數(shù)與染色體分類(lèi)等。目前廣泛應(yīng)用在臨床診斷和治療的各種成像技術(shù)，如超聲波診斷等都用到圖像處理技術(shù)。1.圖像增強(qiáng)算法圖像增強(qiáng)方法可分為空間域增強(qiáng)和頻率域增

5、強(qiáng)兩種。本文重點(diǎn)介紹空間域的圖像加強(qiáng)算法，空間域方法直接對(duì)圖像像素的灰度進(jìn)行處理。頻率域方法在圖像的某個(gè)頻率域中對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行處理,然后通過(guò)相關(guān)的變換就得到了增強(qiáng)圖像。在空間域內(nèi)對(duì)圖像進(jìn)行點(diǎn)運(yùn)算,它是一種簡(jiǎn)單而又重要的圖像處理技術(shù),它能讓用戶(hù)改變圖像像素的灰度值,這樣通過(guò)點(diǎn)運(yùn)算處理就會(huì)產(chǎn)生一幅新的圖像。2.1灰度變換灰度變換可調(diào)整圖像的灰度動(dòng)態(tài)范圍或圖像對(duì)比度，是一種圖像增強(qiáng)的重要手段。它是將原圖中的灰度經(jīng)過(guò)一個(gè)變換函數(shù)轉(zhuǎn)化成一個(gè)新的灰度?；叶茸儞Q可使灰度動(dòng)態(tài)范圍加大，根據(jù)變換函數(shù)的形式，灰度變換分為線(xiàn)性變換

6、，分段性變換。2.1.1線(xiàn)性變換在曝光不足或過(guò)度曝光的情況下，圖像灰度可能會(huì)局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。這時(shí)在顯示器上看到的將是一個(gè)模糊不清、似乎沒(méi)有灰度層次的圖像。采用線(xiàn)性變換對(duì)圖像每一個(gè)像素灰度作線(xiàn)性拉伸，就可以有效地改善圖像的視覺(jué)效果。2.1.2分段線(xiàn)性變換為了突出感興趣目標(biāo)所在的灰度區(qū)間，相對(duì)抑制那些不感興趣的灰度區(qū)間，可采用分段線(xiàn)性變換。7對(duì)原圖像將其灰度分布區(qū)間劃分為圖中的三個(gè)子區(qū)間，對(duì)每個(gè)子區(qū)間采取不同的線(xiàn)性變換，選擇不同的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同灰度區(qū)間的灰度擴(kuò)張和壓縮，所以分段線(xiàn)性變換的使用也是非常靈活

7、的。通過(guò)增加灰度區(qū)間分割的段數(shù)，以及仔細(xì)調(diào)節(jié)各個(gè)區(qū)間的分割點(diǎn)和變換直線(xiàn)的斜率，這樣就可以可對(duì)任何一個(gè)灰度區(qū)間進(jìn)行擴(kuò)展和壓縮。2.2直方圖灰度直方圖[5]是用來(lái)反映數(shù)字圖像中每一灰度級(jí)與其出現(xiàn)頻率間的關(guān)系,它能描述該圖像大概的樣子。修改直方圖可以增強(qiáng)圖像，這是一種比較實(shí)用的處理技術(shù)。2.2.1直方圖原理對(duì)一幅數(shù)字圖像[6]，若對(duì)應(yīng)于每一灰度值，統(tǒng)計(jì)出具有該灰度值的象素?cái)?shù)，并據(jù)此繪出象素?cái)?shù)-灰度值圖形，則該圖形稱(chēng)該圖像的灰度直方圖，簡(jiǎn)稱(chēng)直方圖。直方圖是以灰度值作橫坐標(biāo)，象素?cái)?shù)作縱坐標(biāo)。有時(shí)直方圖亦采用某一灰度值的

8、象素?cái)?shù)占全圖總象素?cái)?shù)的百分比（即某一灰度值出現(xiàn)的頻數(shù)）作為縱坐標(biāo)。2.2.2直方圖性質(zhì)（1）直方圖是一幅圖像中各像素灰度出現(xiàn)頻率次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，它只反映圖像中不同灰度值出現(xiàn)的次數(shù)，而不反映某一灰度所在的位置。也就是說(shuō)，它只包含了該圖像的某一灰度像素出現(xiàn)的概率，而忽略了其所在的位置信息。（2）任意一幅圖像，都有唯一確定的一幅的直方圖與之對(duì)應(yīng)。但不同的圖像可能有相同的直方圖，即圖像與直方圖之間是多對(duì)一的