灰度變換_原理_及matlab程序

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1、圖像灰度變換內(nèi)容摘要1引言通常經(jīng)輸入系統(tǒng)獲取的圖像信息中含有各種各樣的噪聲與畸變，例如室外光照度不夠均勻會(huì)造成圖像灰度過于集中；由攝像頭獲得的圖像經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、線路傳送都會(huì)產(chǎn)生噪聲污染等等，這些不可避免地影響系統(tǒng)圖像清晰度，降低了圖像質(zhì)量，輕者表現(xiàn)為圖像不干凈，難以看清細(xì)節(jié)；重者表現(xiàn)為圖像模糊不清，連概貌都看不出來。因此，在對圖像經(jīng)行分析前，必須對圖像質(zhì)量經(jīng)行改善，一般情況下改善的方法有兩類：圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原。圖像增強(qiáng)的目的是設(shè)法改善圖像的視覺效果，提高圖像的可讀性，將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，便于人與計(jì)算機(jī)的分析和處理。圖像

2、增強(qiáng)不考慮圖像質(zhì)量下降的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇的突出，而衰減不需要的特征。灰度變換是圖像增強(qiáng)處理中一種非?；A(chǔ)直接的空間域圖像處理方法?；叶茸儞Q是根據(jù)某種條件按一定變換關(guān)系逐點(diǎn)改變原圖像中每一個(gè)像素灰度值的方法。1.灰度的線性變換當(dāng)圖像由于成像時(shí)曝光不足或過度,由于成像設(shè)備的非線性或圖像記錄設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍太窄等因素,都會(huì)產(chǎn)生對比度不足的弊病,使圖像中的細(xì)節(jié)分辨不清。這時(shí)如將圖像灰度線性擴(kuò)展,常能顯著改善圖像的主觀質(zhì)量。假設(shè)原圖像f(x,y)的灰度范圍是[a,b]希望變換后圖像的灰度范圍擴(kuò)展到[c,d]則：Mf表示f(x,y)的

3、最大值。在線性灰度變換中,灰度執(zhí)照完全線性變換函數(shù)進(jìn)行變換。該線性灰度線性變換函數(shù)f(r)是一個(gè)一維線性函數(shù):其中,a為線性變換的斜率,b為線性變換函數(shù)在y軸的截距,如圖1所示。在灰度的線性變換中,當(dāng)a>1時(shí),輸出圖像的對比度將增大;當(dāng)a<1時(shí),輸出圖像的對比度將減小;當(dāng)a=1且b?0時(shí),所進(jìn)行的操作僅使所有像素的灰度值上移或下移,其效果是使整個(gè)圖像更暗或更亮;如果a<0,則暗區(qū)域?qū)⒆兞?亮區(qū)域?qū)⒆儼怠?分段線性灰度變換為了突出感興趣的目標(biāo)或者灰度區(qū)間,相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)域,可采用分段線性法。常用的是三段線性變換。分段線性變換

4、稱為圖像直方圖的拉伸,它與完全線性變換類似,其不同之處在于其變換函數(shù)是分段的,如圖2所示：其變換函數(shù)表達(dá)式如下:灰度拉伸可以更加靈活地控制輸出灰度直方圖的分布,它可以有選擇地拉伸某段灰度區(qū)間以改善輸出圖像。圖2所示的變換函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果是將原圖在r1和r2之間的灰度拉伸到s1和s2之間。如果一幅圖像灰度集中在較暗的區(qū)域而導(dǎo)致圖像偏暗,可以用灰度拉伸功能來拉伸(斜率>1)物體灰度區(qū)間以改善圖像;同樣如果圖像灰度集中在較亮的區(qū)域而導(dǎo)致圖像偏亮,也可以用灰度拉伸功能來壓縮(斜率<1)物體灰度區(qū)間來改善圖像質(zhì)量。3非線性灰度變換一些圖片的像素過于

5、集中于中間灰度部分，而其他部分的像素?cái)?shù)很少，可以壓縮像素?cái)?shù)小的部分，擴(kuò)展像素?cái)?shù)集中的部分。如果只想了解圖像的某一部分，那么可以壓縮其它部分，對關(guān)注的部分進(jìn)行變換。當(dāng)用某些非線性函數(shù)作為圖像的映射函數(shù)時(shí),可實(shí)現(xiàn)圖像灰度的非線性變換,如利用對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等可實(shí)現(xiàn)對數(shù)變換和指數(shù)變換。4，灰度直方圖圖像的直方圖包含了豐富的圖像信息，描述了圖像的灰度級(jí)內(nèi)容，反映了圖像的灰度分布情況。通過對圖像的灰度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到一一維離散的圖像灰度統(tǒng)計(jì)直方圖函數(shù)。從數(shù)學(xué)上說，他統(tǒng)計(jì)一幅圖像中各個(gè)灰度級(jí)出現(xiàn)的次數(shù)或概率；從圖形上來說，它是個(gè)二維圖，橫坐標(biāo)

6、表示各個(gè)像素點(diǎn)的灰度級(jí)，縱坐標(biāo)為各個(gè)灰度級(jí)上圖像像素點(diǎn)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)或出現(xiàn)概率。一些常用灰度變換Matlab程序以及圖像處理效果圖1，二值化和閾值處理%圖像二值化（選取一個(gè)域值，(5)將圖像變?yōu)楹诎讏D像）I=imread('C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面DIP-E1增強(qiáng)DIP-E1增強(qiáng)p12.tif');bw=im2bw(I,0.5);%選取閾值為0.5subplot(1,3,1);imshow(I);title('原圖');subplot(1,3,2);imshow(bw);titl

7、e('顯示二值圖像');J=find(I<150);I(J)=0;J=find(I>=150);I(J)=255;subplot(1,3,3);imshow(I);title('圖像二值化(域值為150）');2非線性變換%對數(shù)變換I=imread('C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面DIP-E1增強(qiáng)DIP-E1增強(qiáng)p12.tif');I=mat2gray(I);%對數(shù)變換不支持uint8類型數(shù)據(jù)，將一個(gè)矩陣轉(zhuǎn)化為灰度圖像的數(shù)據(jù)格式(double)J=log(I+1);subplot(

8、1,2,1);Imshow(I);%顯示圖像title('原圖');subplot(1,2,2);Imshow(J);title('對數(shù)變換后的圖像')3，反色變換I1=imread('C:Documen