Квантование изображений

При цифровой обработке изображений непрерывный динамический диапазон значений яркости делится на ряд дискретных уровней. Эта процедура называется квантованием. При этом происходит преобразование непрерывной переменной в дискретную переменную , принимающую конечное множество значений. Эти значения называются уровнями квантования. В общем случае преобразование выражается ступенчатой функцией (рис. 4.2). Если яркость x отсчета изображения принадлежит интервалу , то исходный отсчет заменяется на уровень квантования , где - пороги квантования. При этом полагается, что динамический диапазон значений яркости ограничен и равен .

Основная задача при этом состоит в определении значений порогов и уровней квантования.

В системах цифровой обработки изображений стремятся уменьшить число уровней и порогов квантования, так как от их количества зависит объем информации, необходимый для кодирования изображения. Однако при относительно небольшом числе уровней на квантованном изображении возможно появление ложных контуров. Они возникают вследствие скачкообразного изменения яркости проквантованного изображения и особенно заметны на пологих участках ее изменения. Ложные контуры значительно ухудшают визуальное качество изображения, так как зрение человека особенно чувствительно именно к контурам. При равномерном квантовании типичных изображений требуется не менее 64 уровней.

В темных частях изображения на рис. 4.3(б) заметны ложные контуры. Чтобы избежать неравномерного квантования, которое не может быть выполнено с помощью стандартного АЦП, используют нелинейные преобразования (рис. 4.4). Отсчет x исходного изображения подвергается нелинейному преобразованию, чтобы плотность распределения вероятностей преобразованных отсчетов y была равномерной. Затем отсчеты y квантуются с равномерным шагом и подвергаются обратному нелинейному преобразованию.

Для разрушения ложных контуров перед равномерным квантованием к отсчетам яркости добавлять шум с равномерной плотностью распределения вероятностей. Такой шум переводит одни отсчеты изображения на уровень выше, а другие на уровень ниже. Тем самым разрушаются ложные контуры. Дисперсия добавляемого шума должна быть небольшой, чтобы не привести к искажениям, воспринимаемым как «снег» на изображении, но достаточной для разрушения ложных контуров.

68. Методы улучшения визуального качества изображений путем поэлементного преобразования.