Линейное контрастирование изображения

Задача контрастирования связана с улучшением согласования динамического диапазона изображения и экрана, на котором выполняется визуализация. Если для цифрового представления каждого отсчета изображения отводится 1 байт (8 бит) запоминающего устройства, то входной или выходной сигналы могут принимать одно из 256 значений.

Обычно в качестве рабочего используется диапазон 0…255; при этом значение 0 соответствует при визуализации уровню черного, а значение 255 - уровню белого. Предположим, что минимальная и максимальная яркости исходного изображения равны и соответственно.

Если эти параметры или один из них существенно отличаются от граничных значений яркостного диапазона, то визуализированная картина выглядит как ненасыщенная, неудобная, утомляющая при наблюдении.

Пример такого неудачного представления приведен на рис. 6.5.(а), где диапазон яркостей имеет границы и .

При линейном контрастировании используется линейное поэлементное преобразование вида: , параметры которого a и b определяются желаемыми значениями и выходной яркости. Решив систему уравнений:

относительно параметров преобразования a и b, получаем:

Результат линейного контрастирования исходного изображения, представленного на рис. 6.5(а,б) при и .

Сравнение двух изображений свидетельствует о значительно лучшем визуальном качестве обработанного изображения. Улучшение связано с использованием после контрастирования полного динамического диапазона экрана, что отсутствует у исходного изображения.

6.2. Соляризация изображения

При данном виде обработки преобразование имеет вид:

где - максимальное значение исходного сигнала, а k - константа, позволяющая управлять динамическим диапазоном преобразованного изображения.

Функция, описывающая данное преобразование, является квадратичной параболой, ее график при приведен на рис.6.6. При динамические диапазоны изображений совпадают, что может быть достигнуто при .

Другой путь нормализации динамического диапазона может состоять в применении одного из методов контрастирования, например, описанного выше линейного контрастирования.

Как следует из рис.6.6, смысл соляризации заключается в том, что участки исходного изображения, имеющие уровень белого или близкий к нему уровень яркости, после обработки имеют уровень черного. При этом сохраняют уровень черного и участки, имеющие его на исходном изображении. Уровень же белого на выходе приобретают участки, имеющие на входе средний уровень яркости (уровень серого). Пример применения соляризации приведен на рис.6.7.

На рис. 6.7(а) показано исходное изображение, а на рис.6.7(б) -результат его соляризации. На втором этапе обработки здесь применено линейное контрастирование при и . Обработка приводит к повышению четкости деталей изображения: улучшены изображения глаз, повышен контраст на переходе «лицо – волосы» и т. д..