彩色图像增强

彩色图像增强 080212403 王淼 摘 要：彩色图像中包含有丰富的细节信息,为了获得清晰的彩色图像,保护原有的彩色信息,消除亮度不够对彩色图像像质的影响,在研究彩色图像增强原理的基础上,根据彩色图像的不同模型,对比了3种不同的彩色图像增强方法,并给出了实验结果。研究结果明,应用增强彩色图像中的亮度信息的方法,既得到了清晰的彩色图像,又保护了原有的彩色信息,而且图像像质还强于处理的效果。 关键词：关键词1：彩色图像；关键词2：伪彩色；关键词3：增强 生活中，人类传递信息有70 %是靠视觉信息,图像信息是传递信息的重要媒体和手段。但是在生现实中,常常由于光线不充足,使获得图像亮度不够,而导致景物无法看清楚。为了研究和分析图像,就需对图像进行必要的处理。对于数字图像常用的处理方法而言就是用图像增强技术来改善图像的像质。 图像增强是指按特定的需要突出一幅图像的某些信息,同时,削弱或去除某些不需要的信息的处理方法。其主要目的是使处理后的图像对某种特定的应用来说,比原始图像更适用。处理的结果使图像更适合于人的视觉特性或机器的识别系统。 图像增强技术主要是针对灰度图来作用其手段是修改直方图。在图像处理中色彩的运用是很重要的,原因有两个:第一,在自动图像分析中色彩是一个有力的描述工具,它通常可使从一个场景中识别和抽取目标的处理得到简化;第二,人们对图像进行分析时,人眼区别的灰度层次大约只有二十几种,但却能够识别成千上万的色彩。 一、图像增强原理 图像增强根据图像的模糊情况采用各种特殊的技术突出图像中的某些信息,削弱或消除无关信息达到强调图像的整体或局部特征的目的。图像增强尚没有统一的理论方法,常用的图像增强技术有直方图修改、图像平滑滤波、图像锐化等。 二、图像增强技术 主要分为两类: 频域增强法 频域增强法主要是利用各种频域滤波器进行图像平滑或锐化处理,然后进行变换域反变换来增强图像;空域增强法是直接针对图像中的像素,对图像的灰度进行处理。 空域增强法 空域法属于直接增强的方法,它包括扩展对比度的灰度变换和直方图变换、消除噪声的平滑法和增强边缘的锐化法。笔者讨论的直方图增强方法便属于空域增强法。 现有的图像增强原理都可用式(1) 来表示。设原始图像在( x , y) 处的灰度为f ( x , y) ,而增强后的灰度为g ( x , y) ,则对图像的增强可表述为将在( x , y) 处的灰度f ( x , y) 映射为g ( x ,y) ,此映射可以表示为: g ( x , y) = T[ f ( x , y) ] (1) 上述方法都是针对灰度图的处理,而针对彩色图像处理的方法并不多。出于此原因,对3 种彩色图像增强方法进行了研究和对比。 三、彩色图像增强基础 彩色图像是由红( R) 、绿( G) 、蓝( B) 三基色叠加而成,每一基色便是一幅灰度图,因此,彩色增强可以说是建立在灰度图增强基础上的。采用直方图修改技术来进行灰度图增强。直方图修改技术有很多,如直方图线性变换、直方图修正法、直方图均衡化等方法。利用对数方法来修改直方图,即: g ( x , y) = log[ f ( x , y) + 1 ] 由于对数函数自变量不能取零,而灰度值中可能有零值,所以原灰度值f ( x , y) 要加1 。 四、彩色图像增强方法 伪彩色增强 伪彩色(pseudo-color)图像的每个像素值实际上是一个索引值或代码，该代码值作为色彩查找CLUT(Color Look-Up Table)中某一项的入口地址，根据该地址可查找出包含实际R、G、B的强度值。这种用查找映射的方法产生的色彩称为伪彩色。用这种方式产生的色彩本身是真的，不过它不一定反映原图的色彩。在VGA显示系统中，调色板就相当于色彩查找表。从16色VGA调色板的定义可以看出这种伪彩色的工作方式。 伪彩色一般用于65K色以下的显示方式中。标准的调色板是在256K色谱中按色调均匀地选取16种或256种色彩。一般应用中，有的图像往往偏向于某一种或几种色调，此时如果采用标准调色板，则色彩失真较多。因此，同一幅图像，采用不同的调色板显示可能会出现不同的色彩效果。 伪彩色增强的方法主要有：密度分割、彩色变换，频率域伪彩色增强三种。 （1）密度分割 密度分割是一种图像增强技术,沿图像的直方图的χ坐标,将图像的灰度值分割成一系列的区间。输入图像中所有落在给定区间内的灰度值将在输出图像中显示一个相同的灰度值。因此如果建立了5种不同的灰度区间,那么输出图像就仅仅包含5个不同的灰度级。结果看起来像一张等高线地图,除了边界区域的像元显示相同的灰度值外,每一个灰度值区间同样可以用一个单色来显示。 灰度级阈值被用来将输入的图像像元分割成两种类型。一种是像元的灰度级在分析者定义的灰度级之下,另一种是像元的灰度级在分析者定义的灰度级之上。 （2）空间域灰度级一彩色变换 根据色度学原理，将原图像f(x,y)的灰度范围分段，经过红、绿、蓝三种不同变换TR（·)、TG(·)和TB（·)，变成三基色分量IR(x,y)、IG(x,y)、IB(x,y)，然后用它们分别去控制彩色显示器的红、绿、蓝电子枪，便可以在彩色显示器的屏幕上合成一幅彩色图像。 （3）频率域伪彩色增强 频率域伪彩色增强的方法是：把灰度图像经傅立叶变换到频率域，在频率域内用三个不同传递特性的滤波器分离成三个独立分量；然后对它们进行逆傅立叶变换，便得到三幅代表不同频率分量的单色图像，接着对这三幅图像作进一步的处理（如直方图均衡化）。最后将它们作为三基色分量分别加到彩色显示器的红、绿、蓝显示通道，得到一幅彩色图 2.假彩色增强 假彩色增强是对一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱图像，通过映射函数变换成新的三基色分量，彩色合成使感兴趣目标呈现出与原图像中不用的、奇异的色彩。 假彩色增强的目的：是使感兴趣的目标呈现奇异的色彩或置于奇异的彩色环境中；也可使景物呈现出与人眼色觉相匹配的颜色，来提高对目标的分辨力。 3.真彩色增强 真彩色是指图像中的每个像素值都分成R、G、B三个基色分量，每个基色分量直接决定其基色的强度，这样产生的色彩称为真彩色。也有称自然物体的彩色叫真彩色。真彩色图像就是能真实反映自然物体本来颜色的图像。 真彩色增强的方法：首先用加有红色滤色片的摄像机(黑白摄像机)摄取彩色图像，经数字化送入一块图像存储板存起来，然后用带有绿色滤色片的摄像机摄取图像，经数字化送入第二块图像存储板，最后用带有蓝色滤色片的摄像机摄取图像，存储在第三块图像存储板内。这样，就可以在彩色监视器上合成一幅真彩色图像。 五、彩色图像增强的应用 伪彩色增强：金相分析、医学影像、岩土图像、遥感应用等。 假彩色增强：主要表现在医学领域中如：肾动脉造影上的应用、乳腺肿瘤诊断上的应用等。 随着彩色图像增强在各种领域的应用，彩色图像增强的前景一定会非常广阔。 参考文献 【1】阮秋琦. 数字图像处理学[M] . 北京:电子工业出版社,2001. 【2】CHEUNGHN ,BOUZERDOUMA ,NEWLANDW.Properties of shunting inhibitory cellular neuralnetworks for color image enhancement [ A ] . The6th International Conference on Neural Informa2tion Processing[C] . 1999 (3) :121921223.tion Processing[C] . 1999 (3) :121921223 【3】百度百科http://baike.baidu.com/view/4055569.htm