图像灰度变化程序-精品.doc

******************* 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2012年秋季学期 图像处理综合训练 题 目： 图像灰度变化程序设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 目 录 摘 要 1 一、前言 2 二、算法分析与描述 3 三、详细设计过程 6 四、调试过程中出现的问题及相应解决办法 7 五、程序运行截图及其说明 8 六、简单操作手册 14 设计总结 15 参考资料 16 致谢 17 附录 18 摘 要 本程序设计主要实现对对比度线性展宽、灰级窗处理和直方图均衡化的处理，从而达到我们所需的要求，进而将其应用到特殊领域。 在图像处理中主要用Matlab编写图像处理程序，并调用Matlab图像处理的部分内部函数进行处理。 关键词：数字图像处理；Matlab；点运算；直方图均衡化 前言 21世纪是一个信息的时代，图像作为人们感知世界的视觉基础，是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。研究表明，人类获取的视觉图像信息在人类接受的信息中的比重达到3/4，“百闻不如一见”便是非常形象的例子之一。图像是对客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。或者说图像是客观对象的一种表示，它包含了有关被描述对象的信息，它是人们最主要的信息源。据统计，一个人获取的信息大约有75%来自视觉。 数字图像处理技术是20世界60年代发展起来的一门新兴学科随着图像处理理论和方法的进一步完善使得数字图像处理技术在各个领域得到了广泛应用并显示出广阔的应用前景。MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言同时又是一个科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或变成以完成各自的计算。MATLAB中集成了功能强大的图像处理工具箱。由于MATLAB语言的语法特征与C语言极为相似而且更加简单更加符合科技人员对数学表达式的书写格式而且这种语言可移植性好、可扩展性强再加上其中有丰富的图像处理函数所以MATLAB在图像处理的应用中具有很大的优势。 灰度变换主要针对独立的像素点进行处理，通过改变原始图像数据所占有的灰度范围而使图像在视觉上得到改观，没有利用像素点之间的相互关系。因此，灰度变换处理方法也叫点运算。点运算是一种既简单又重要的技术，一幅输入图像经过点运算后将产生一幅新的输出图像，由输入像素点的灰度值决定相应的输入像素点的灰度值。 二、算法分析与描述 2.1 对比度扩展 设有一幅图，由于成象时光照不足，使得整幅图偏暗，（灰度范围从0到63）；或者成象时光照过强，使得整幅图偏亮，（灰度范围从200到255）。我们称这些情况为低对比度，即灰度都挤在一起，没有拉开。灰度扩展的意思就是把感兴趣的灰度范围拉开，使得该范围内的像素，亮的越亮，暗的越暗，从而达到了增强对比度的目的。 设原图、处理后的结果图的灰度值分别为f(i,j)和g(i,j);要求f(i,j)和g(i,j)均在[0，255]间变化，但是g的表现效果要优于f。因为f和g的取值范围相同，所以通过抑制 不重要的部分，来扩展 所关心部分的对比度。对比度：通俗地讲，就是亮暗的对比程度。 我们可以用图2-1来说明对比度扩展的原理。 图2-1?对比度扩展的原理 图2.1中的横坐标g表示原图的灰度值，纵坐标ga,gb表示g经过对比度扩展后得到了新的灰度值。α，β，γ为三段直线的斜率，因为是对比度扩展，所以斜率β1。fa和fb表示原图中要进行对比度扩展的范围，ga和gb表示对应的新值。用公式表示为 图2-2?对比度扩展数学公式 显然要得到对比度扩展后的灰度，我们需要知道α，β，γ,ga,gb五个参数。由于有新图的灰度级别也是255这个约束，所以满足αga+β(gb-ga)+ γ(255-gb)=255这个方程。这样，我们只需给出四个参数，而另一个可以代入方程求得。我们假设α=γ，这样，我们只要给出β，ga和gb，就可以求出 α=(255-β(gb-ga))/(255-(gb-ga)) 2.2 灰级窗处理 灰级窗也称为灰度窗口，灰级窗可以看作是对比度扩展的一个特例，它是将某一区间的灰度级和其它部分（背景）分开，只显示指定灰度级范围内的信息。 图2-3? 灰级窗的原理 不难看出，只要令比度扩展中的α=γ=0就实现了灰级窗。我们只要给出范围的两个端点，斜率β就可以用方程β(b-a)=255求出，灰级窗的原理和对比度扩展的原理类似。 2