Мы уже видели, что контраст можно увеличить с помощью растяжения гистограммы. В этом уроке мы увидим, как выравнивание гистограммы можно использовать для усиления контраста.
Перед выполнением выравнивания гистограммы необходимо знать два важных понятия, используемых для выравнивания гистограммы. Эти две концепции известны как PMF и CDF.
Они обсуждаются в нашем руководстве по PMF и CDF. Пожалуйста, посетите их, чтобы успешно понять концепцию выравнивания гистограммы.
Выравнивание гистограммы
Выравнивание гистограммы используется для усиления контраста. Это не обязательно, что контраст всегда будет увеличиваться в этом. В некоторых случаях выравнивание гистограммы может быть хуже. В этих случаях контраст уменьшается.
Давайте начнем выравнивание гистограммы, взяв это изображение ниже как простое изображение.
Образ
Гистограмма этого изображения
Гистограмма этого изображения показана ниже.
Теперь выполним выравнивание гистограммы к нему.
PMF
Сначала мы должны вычислить PMF (функцию вероятности массы) всех пикселей в этом изображении. Если вы не знаете, как рассчитать PMF, пожалуйста, посетите наш учебник по расчету PMF.
CDF
Наш следующий шаг включает в себя вычисление CDF (накопительная функция распределения). Опять же, если вы не знаете, как рассчитать CDF, пожалуйста, посетите наш учебник по расчету CDF.
Рассчитать CDF по уровням серого
Например, давайте посмотрим, что CDF, рассчитанный на втором шаге, выглядит следующим образом.
| Уровень серого | CDF |
|---|---|
| 0 | 0,11 |
| 1 | 0,22 |
| 2 | 0,55 |
| 3 | 0,66 |
| 4 | 0,77 |
| 5 | 0,88 |
| 6 | 0,99 |
| 7 | 1 |
Затем на этом шаге вы умножите значение CDF на (Уровни серого (минус) 1).
Учитывая, что у нас есть изображение 3 bpp. Тогда количество уровней у нас равно 8. И 1 вычитает 8, равно 7. Таким образом, мы умножаем CDF на 7. Вот что мы получили после умножения.
| Уровень серого | CDF | CDF * (Уровни-1) |
|---|---|---|
| 0 | 0,11 | 0 |
| 1 | 0,22 | 1 |
| 2 | 0,55 | 3 |
| 3 | 0,66 | 4 |
| 4 | 0,77 | 5 |
| 5 | 0,88 | 6 |
| 6 | 0,99 | 6 |
| 7 | 1 | 7 |
Теперь у нас есть последний шаг, в котором мы должны отобразить новые значения уровня серого в число пикселей.
Предположим, что наши старые значения уровней серого имеют такое количество пикселей.
| Уровень серого | частота |
|---|---|
| 0 | 2 |
| 1 | 4 |
| 2 | 6 |
| 3 | 8 |
| 4 | 10 |
| 5 | 12 |
| 6 | 14 |
| 7 | 16 |
Теперь, если мы сопоставим наши новые значения с, то это то, что мы получили.
| Уровень серого | Новое значение уровня серого | частота |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 2 |
| 1 | 1 | 4 |
| 2 | 3 | 6 |
| 3 | 4 | 8 |
| 4 | 5 | 10 |
| 5 | 6 | 12 |
| 6 | 6 | 14 |
| 7 | 7 | 16 |
Теперь отобразите эти новые значения на гистограмме, и все готово.
Давайте применим эту технику к нашему исходному изображению. После применения мы получили следующее изображение и следующую гистограмму.
Изображение выравнивания гистограммы
Накопительная распределительная функция этого изображения
Гистограмма выравнивания гистограммы
Сравнивая как гистограммы, так и изображения
Заключение
Как видно из изображений, контрастность нового изображения была увеличена, а его гистограмма также выровнена. Здесь также следует отметить одну важную вещь: при выравнивании гистограммы общая форма гистограммы изменяется, тогда как при растяжении гистограммы общая форма гистограммы остается неизменной.