综合课程设计-图像直方图均衡化的程序设计.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date综合课程设计-图像直方图均衡化的程序设计1.概述专业综合课程设计任务书学生姓名: 吕义斌 专业班级: 电信 1102 班 指导教师: 李达 工作单位: 信息工程学院 题 目1:图像直方图均衡化的程序设计初始条件:(1) 提供实验室机房及其matlab软件;(2) 数字图像处理的基本理论学习。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要
2、求):(1)选择并读取一幅256级的灰度图像,利用matlab设计程序;(2)设计计算该图像的直方图的程序(不能用matlab提供的库函数),并显示直方图图形;(3)根据图像直方图的均衡化原理编写图像直方图均衡化程序(不能使用matlab的库函数),保存变换后的图像,并显示均衡化后的直方图;(4)用matlab库函数对该图像进行直方图均衡化,并显示均衡化后的直方图;(5)对两种不同方法所得到的直方图均衡化的结果进行分析;(6)要求阅读相关参考文献不少于5篇;(7)根据课程设计有关规范,按时、独立完成课程设计说明书。时间安排: (1) 布置课程设计任务,查阅资料,确定方案 四天; (2) 进行编
3、程设计 一周; (3) 完成课程设计报告书 三天;指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日-目录1.概述12.灰度级直方图及直方图均衡化12.1直方图定义12.2直方图均衡化思想方法12.3直方图均衡化算法33. Matlab 程序实现44.结果分析65.心得体会7参考文献81.概述图像对比度增强的方法可以分成两类:一类是直接对比度增强方法;另一类是间接对比度增强方法。直方图拉伸和直方图均衡化是两种最常见的间接对比度增强方法。直方图拉伸是通过对比度拉伸对直方图进行调整,从而“扩大”前景和背景灰度的差别,以达到增强对比度的目的,这种方法可以利用线性或非线性的方法来实现;直
4、方图均衡化则通过使用累积函数对灰度值进行“调整”以实现对比度的增强。直方图均衡化(Histogram Equalization)是图像处理领域中利用图像直方图对对比度进行调整的方法。这种方法通常用来增加许多图像的局部对比度,尤其是当图像的有用数据的对比度相当接近的时候。通过这种方法,亮度可以更好地在直方图上分布。这样就可以用于增强局部的对比度而不影响整体的对比度,直方图均衡化通过有效地扩展常用的亮度来实现这种功能。2.灰度级直方图及直方图均衡化2.1直方图定义灰度级直方图是图像的一种统计表达,它反映了图像中不同灰度级出现的统计概率。灰度级0,L-1范围的数字图像的直方图具有如下离散函数: (2
5、.1)式中,是级灰度,是图像中灰度级为的像素个数。进行归一化,则概率,为图像中像素的总数。由于图像的视觉效果与直方图有对应关系,即直方图的形状和改变对视觉的感知影响很大,因此采用直方图变换的方式可以增强图像。2.2直方图均衡化思想方法图像直方图描述图像中各灰度级出现的相对频率,基于直方图的灰度变换,可以调整图像直方图到一个预定的形状。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
6、图分布。一些图像由于其灰度分布集中在较窄的区间,对比度很弱,图像细节看不清楚。此时,可采用图像灰度直方图均衡化处理,使得图像的灰度分布趋向均匀,图像所占有的像素灰度间距拉大,进而加大图像反差,改善视觉效果,达到增强的目的。从人的视觉特性来考虑,一幅图像的直方图如果是均匀分布的,该图像色调给人的感觉会比较协调。假定原始图像灰度级归一化在01之间,即。为原始图像灰度分布的概率密度函数,直方图均衡化处理实际上就是寻找一个灰度变换函数T,使得变换后的灰度值满足,其中,归一化为,建立r与s之间的映射关系,要求处理后图像灰度分布的概率密度函数,即变换后概率密度为上的均匀分布,期望所有灰度级出现概率相同。直
7、方图均衡变换函数如图2.1所示。图2.1 直方图均衡变换函数从图2.1中可以看出在灰度变换的和区间内,像素点个数是不变的,因此有: (2.2)当,略去下标j ,有 。由于 , ,则 ,最终得到直方图均衡化的灰度变换函数为: (2.3)式(2.3)是原始图像灰度r的累积分布函数。对于数字图像离散情况,其直方图均衡化处理的计算步骤如下:1) 统计原始图像的直方图, ,是归一化的输入图像灰度级。2) 计算直方图累积分布函数曲线, 。3) 用累积分布函数作为变换函数进行图像灰度变换。根据就计算得到的累积分布函数,建立输入图像与输出图像灰度级之间的对应关系,即重新定位累积分布函数(与归一化灰度等级比较,
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