课程设计：图像空域增强算法设计—直方图变换增强

成绩评定表学生姓名王红班级学号1303030404专业电子信息工程课程设计题目图像空域增强算法设计——直方图变换增强评语组长签字：成绩日期2016年7月18日课程设计任务书学院信息科学与工程专业电子信息工程学生姓名王红班级学号1303030404课程设计题目图像空域增强算法设计——直方图变换增强实践教学要求与任务：本设计要求利用Matlab进行编程及仿真，仿真内容为图像空域增强算法设计——直方图变换增强。要求利用所学数字图象处理技术知识，在Matlab软件系统上来实现灰度变换增强，并对程序进行测试。要求如下：（1）学习Matlab处理图像的方法；（2）加深对空域增强的理解；（3）掌握直方图均衡化和标准化算法。工作计划与进度安排：第一阶段（1-2天）：熟悉matlab编程环境，查阅相关资料；第二阶段（2-3天）：算法设计；第三阶段（2-3天）：编码与调试；第四阶段（1-2天）：实验与分析；第五阶段（1-2天）：编写文档。指导教师：2016年7月3日专业负责人：2016年7月4日学院教学副院长：2016年7月4日沈阳理工大学数字图像处理课程设计摘要空域增强是数字图像处理的基本内容之一。经过增强处理后，图像的视觉效果会得到改善，对比度增强，为图像的信息提取及其他图像分析技术奠定良好的基础。由于没有衡量图像增强质量的通用标准，图像增强往往和具体应用背景有较大的相关性。本课程设计主要研究用于图像空域增强算法的直方图变换增强，包括直方图均衡化与直方图规定化。对于原本偏亮或偏暗的图像，均衡化可以使被处理图像不再偏暗也不再偏亮，灰度层次分布比较均匀。规定化可将被处理图像按照预先设定的形状调整其直方图。二者均可改善图像视觉效果。采用MATLAB软件进行编程，运用上述算法对图像进行处理。仿真结果表明，处理后的图像对比度得到了明显改善，图像细节清晰，增强了图像的视觉效果，有利于图像的分析和识别。关键词：空域增强；直方图变换增强；MATLAB沈阳理工大学数字图像处理课程设计目录1设计目的与要求........................................................................................................11.1设计目的..........................................................................................................11.2设计要求..........................................................................................................12设计原理....................................................................................................................12.1直方图均衡化..................................................................................................12.2直方图规定化..................................................................................................23设计方案....................................................................................................................33.1设计思想..........................................................................................................33.2设计流程..........................................................................................................44软件实现....................................................................................................................54.1原始图像..........................................................................................................54.2图像均衡化......................................................................................................54.3图像规定化......................................................................................................65仿真与结果分析........................................................................................................65.1仿真..................................................................................................................75.1.1图像原始化............................................................................................75.1.2图像均衡化............................................................................................85.1.3图像规定化............................................................................................85.2结果分析........................................................................................................10结论.............................................................................................................................11参考文献.....................................................................................................................12沈阳理工大学数字图像处理课程设计1设计目的与要求1.1设计目的选择一副对比度不足的图像，对该图像进行灰度变换实现图像的增强，增强对比度，显示增强前、后的图像以及他们的灰度直方图。总结直方图增强的方法，对比方法的优缺点，积极思考基于特定图像的增强方法，设计中应具有自己的设计思想、设计体会。1.2设计要求（1）学习Matlab处理图像的方法；（2）加深对空域增强的理解；（3）掌握直方图均衡化和标准化算法。2设计原理一般情况下,如果图像的灰度分别集中在比较窄的区间,从而引起图像细节的模糊,为了使图像细节清晰,并使目标得到突出,达到图像增强的目的,可通过改善各部分亮度的比例关系,即通过直方图的方法来实现。直方图的方法是以概率论为基础的。常用的方法有直方图均衡化和直方图规定化。2.1直方图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。直方图均衡化的具体实现步骤如下:（1）列出原始图像的灰度级21,...,1,0,Lkrk(3.1)（2）.统计各灰度级的像素数目1,...,1,0,Lknk(3.2)（3）计算原始图像直方图各灰度级的频数1,...,1,0,10,LkrnnrPkkr(3.3)（4）计算累积分布函数，即：衡化后各像素的灰1,...,...,1,0,00LkjnnrPrTskjjkjjrki(3.4)（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1,......,1,5.0minminmaxPigrTggINTsi(3.6)（6）.统计映射后各灰度级的像素数目1-P…k,,…0,1,=i,in（7）计算输出直方图1,...,1,0,pknnsPiis(3.7)（8）用ks和kr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的输出图像。2.2直方图规定化直方图均衡化的优点是能自动增强整个图像的对比度,但它的具体增强效果不易控制,处理的结果总是得到全局的均衡化的直方图。实际工作中,有时需要变换直方图使之成为某个特定的形状,从而有选择地增强某个灰度值范围内的对比度,这时可采用比较灵活的直方图规定化方法。直方图规定化增强处理的步骤如下: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，应有3xxrrPdrrPrTS00(3.8)xzdzzpzGV0(3.9)VGZ1(3.10)由于都是进行均衡化处理，处理后的原图像概率密度函数Ps（S）及理想图像概率密度函数PV（V）是相等的。于是，我们可以用变换后的原始图像灰度级S代替（2）式中的V。即SGZ1(3.11)这时的灰度级Z便是所希望的图像的灰度级。此外，利用（1）与（3）式还可得到组合变换函数rTGZ1(3.12)对连续图像，重要的是给出逆变换解析式。对离散图像而言，有nnZPiiZ(3.13)10liiziiZPZGV(3.14)iiirTGSGZ11(3.15)3设计方案3.1设计思想图像空域增强是指直接在图像所在的二维空间进行增强处理，即增强构成图像的像素。空域增强中的直方图变换增强，包括直方图均衡化和直方图规定化两个方面。对图像进行直方图均衡化处理时，首先导入待处理图像。由于现在大部分的图片都是彩色图像，故在图像导入之后需将其转化为灰度图像以便于后续处理。将原始灰度图像的直方图绘出，同时对原始灰度图像进行均衡化处理。将处理4后的灰度图像的直方图绘出，分别对均衡化前后的灰度图像和直方图做对比分析，观察图像处理效果。对图像进行规定化处理时，同样导入图像，然后将其转化为灰度图像并绘出灰度直方图，然后通过函数对图像做规定化处理，绘出规定化后的灰度直方图，分别对规定化前后的灰度像和直方图做对比分析，观察图像处理效果。3.2设计流程实现流程图如图2.2、2.1所示：开始导入