Лекц_Доска (Семичевская) / Лекция_Фильтрация2

УЛУЧШЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Процедура улучшения изображений сводится к выполнению комплекса операций с целью либо улучшения визуального вос­приятия изображения, либо преобразования его в форму, более удобную для визуального или машинного анализа. В системах улучшения изображений не делается попытки приблизить вос­производимое изображение к некоторому идеализированному ори­гиналу (такая задача решается при реставрации изображений). Известны случаи, когда искаженное изображение субъективно воспринимается лучше, чем неискаженный оригинал. Примером может служить изображение с подчеркнутыми границами (кон­турами).

При машинной обработке улучшение изображения тесно свя­зано с задачей извлечения информации. Пусть, например, система улучшения изображений производит подчеркивание границ иссле­дуемого изображения путем высокочастотной фильтрации. Обра­ботанное изображение затем вводится в ЭВМ, которая выполняет операцию прослеживания контура объекта, определяет его форму и размеры. В этом примере система улучшения изображений используется для того, чтобы подчеркнуть важнейшие признаки исходного изображения и, следовательно, облегчить задачу извле­чения информации. В настоящее время мы не располагаем общей теорией улучше­ния изображений. Это объясняется тем, что до сих пор еще не выработан общепринятый стандарт качества изображения, кото­рый мог бы послужить критерием при проектировании систем улучшения изображений. Здесь описан ряд различных методов, с успехом использованных для улучшения условий наблюдения изображений и облегчения машинного анализа.

ИЗМЕНЕНИЕ КОНТРАСТА

Слабый контраст — наиболее распространенный дефект фото­графических и телевизионных изображений, обусловленный огра­ниченностью диапазона воспроизводимых яркостей, нередко соче­тающейся с нелинейностью характеристики передачи уровней. Во многих случаях контраст можно повысить, изменяя яркость каждого элемента изображения [1, 2]. Рис. 12.1.1, а иллюстри­рует характеристику передачи уровней, которая требуется для повышения контраста типичных непрерывных малоконтрастных изображений.

Коррекцию таких изображений можно осуществить, пользуясь фотографическими методами, однако реализовать произвольную характеристику пе­редачи уровней с высокой точностью обычно затрудни­тельно. В случае цифровых изображений получить тре­буемую характеристику пе­редачи уровней относительно просто. Однако при отыска­нии нелинейного оператора следует учитывать ошибки квантования. Пусть исходное изображение, проквантованное на J уровней, имеет ограниченный диапазон яр­костей (рис. 12.1.1,6).

Рис. 12.1.1. Повышение контраста.

а) непрерывное изображение; б) цифровое изображение.

Предполагается, что выход­ное изображение также квантуется на J уровней, а преобразование линейно. Как видно из рис. 12.1.1, б, каждый выбранный выходной уровень является ближай­шим к уровню, соответству­ющему входному уровню. Очевидно, что в диапазоне яркостей выходного изобра­жения некоторые уровни не будут использоваться, поэтому отдельные перепады яркости выходного изображения будут превышать соответствующие перепады исходного изображения. Вследствие этого могут воз­никнуть заметные ложные контуры. Если выходное изображе­ние квантовать с большим числом уровней, чем входное, то можно получить равномерное размещение выходных уровней и благодаря этому уменьшить эффект появления ложных контуров.

Диапазон яркостей выходного изображения, подвергнутого цифровой обработке, может отличаться от диапазона яркостей исходного изображения. Более того, в диапазоне числовых значений яркости обработанного изображения могут оказаться отри­цательные значения, которые не могут иметь прямого соответ­ствия с физическими яркостями.

Рис. 12.1.2 иллюстрирует два возможных способа приведения диапазона яркостей выходного изображения в соответствие с диапазоном яркостей исходного изображения. Согласно первому из них, обработанное изображение линейно отображается таким образом, чтобы полностью охва­тить отведенный ему диапазон яркостей. Второй способ преду­сматривает ограничение экстремальных значений яркости обра­ботанного изображения максимальным и минимальным пороговым уровням. Этот способ часто обеспечивает более высокое субъективное качество изображения, особенно если обработанное изображение содержит относительно мало элементов с превыше­нием уровней ограничения. В программах и системах повышения контраста нередко предусматривается возможность введения огра­ничения для фиксированного процента значений яркости на обоих краях шкалы яркостей.