Нижегородский Государственный Технический Университет

им.

Кафедра «Вычислительные системы и технологии»

Лабораторная работа №1

по дисциплине: «Распознавание образов»

Поточечное преобразование изображений

Выполнил:

студент группы  М14-ИВТ-2

Проверил:

Нижний Новгород

2014 год

Задание

Построить гистограмму произвольного изображения. Провести преобразование гистограммы, реализуя следующие процедуры:

Просветление изображения (регулировка яркости) с b>0 и Ь<0. Показать как изменяется гистограмма на разных значениях b. Инвертирование изображения (частичное - два варианта и полное). Построение гистограмм. Пороговое изображение (бинарное изображение и яркостные срезы — два варианта). Построение гистограмм. Изменение контраста (низко контрастное, средне контрастное и высоко контрастное). Построение гистограмм.

По каждому пункту написать вывод


Выполнение.

Гистограмма - зависимость частоты появлений на изображении точек с одинаковыми значениями яркости от этого значения, представленная в той или иной форме.

Для простоты можно выбрать представление в виде столбчатой диаграммы. По горизонтальной оси откладываются значения яркости от 0 до 255. По вертикальной оси откладываются частоты появления точек с соответствующими значениями яркости. Значение яркости каждой точки будет вычисляться с учетом трех составляющих (R, G, В).

Исходное изображение:

Гистограмма исходного изображения:

Просветление и затемнение изображения

Изменение яркости достигается за счет прибавления к значению яркости каждой точки изображения по всем трем каналам константы (b) из диапазона от 0 до 255. При этом полученный результат не должен выходить за границу этого диапазона.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Изменим изображение:

b=+100

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Красным цветом на диаграмме показана гистограмма оригинального изображения:

b=-100

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

Вывод:

При увеличении яркости изображения на константу b его гистограмма смещается по горизонтальной оси вправо на значение этой константы. Это позволяет детализировать темные участки изображения.

При уменьшении яркости изображения на константу b его гистограмма смещается по горизонтальной оси влево на значение этой константы. Это позволяет детализировать светлые участки изображения.

При значении b=+255 изображение становится полностью белым. При значении b=-255 – полностью черным.



Инвертирование изображения

2.1. Полное инвертирование

Формируется по закону Vi=Vmax - Vi, где Vmax – максимально возможное значение яркости (255), Vi – значение яркости в i-ой точке.

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

2.2. Частичное инвертирование (нижнее)

Формируется по закону Vi=Vmax - Vi, при Vi<Vпор, где Vпор некоторое пороговое значение яркости.

Vпор= 75

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

2.3. Частичное инвертирование (верхнее)

Формируется по закону Vi=Vmax - Vi, при Vi>Vпор, где Vпор некоторое пороговое значение яркости.

Vпор=130

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

Вывод:

В случае полного инвертирования темные области изображения становятся светлыми, а светлые — темными. Полученная гистограмма является зеркальным отражением исходной.

В случае нижнего частичного инвертирования темные области (относительно заданного порога) изображения становятся светлыми, а остальные области – остаются неизменными. Часть гистограммы при значениях яркости ниже порогового значения (левая часть) переместилась в область значений яркости выше заданного порога (правая часть).

В случае верхнего частичного инвертирования светлые области (относительно заданного порога) изображения становятся темными, а остальные области не меняются Часть гистограммы при значениях яркости выше Vmax - Vпор(правая часть) переместилась в область значений яркости ниже заданного порога (левая часть).

Пороговые изображения

3.1. Бинарное изображение. 

Преобразование изображения к бинарному (черно-белому). При этом задается пороговое значение яркости. Таким образом значения яркостей, лежащие ниже порогового преобразуются в ноль, а лежащие выше— в 255.

Vпор=127

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

3.2. Яркостный срез (верхний)

Задается некоторое пороговое значение яркости. Значения яркостей, лежащие ниже порогового остаются без изменений, а лежащие выше порогового преобразуются в 255. В случае порогового значения 255, изображение остается неизменным. В случае порогового значения 0, изображение становится полностью белым.

Vпор=130

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

3.2. Яркостный срез (нижний)

Возможен также другой вариант яркостного среза. Значения яркостей, лежащие ниже порогового преобразуются в ноль, а лежащие выше порогового остаются без изменений.

Vпор= 140

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

Вывод:

Преобразование изображения к бинарному позволяет разделить изображение и фона в случае контрастного изображения, сохраняя цвета изображения. На гистограмме присутствуют только пики в значениях яркости 0 и 255.


Изменение контраста

Контраст определяется шириной динамического диапазона яркости, при условии, что все яркости задействованы. Контрастные изображения подразделяются на три группы.

Увеличение (уменьшение) контраста достигается умножением значения яркости каждой точки изображения (по каждому из трех каналов - R, G, В) на некоторый коэффициент k. В случае 0<k<1 контраст уменьшается. В случае k>1 контраст увеличивается. Применяется следующая формула: lвых=k(lвх-lср)+lcp, где lcp - среднее значение яркости по изображению.

4.1. Низкоконтрастное изображение.

Состоит из полутонов с ограниченным диапазоном.

k=0.35

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

4.2. Среднеконтрастное изображение.

  Изображение с широким динамическим диапазоном и более-менее равномерной гистограммой. Это исходное изображение.

Оригинальное изображение.

4.3. Высококонтрастное изображение.

k=2.5

Изменим изображение.

Оригинальное изображение                        Измененное изображение

Гистограмма:

Вывод:

Уменьшение контраста изображения приводит к уменьшению ширины динамического диапазона яркости. Гистограмме сужается к середине по оси значений яркости.

Увеличение контраста  изображение приводит к увеличению ширины динамического диапазона яркости. На гистограмме присутствует неравномерное распределение яркости, присутствуют большие пики и впадины.