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基于matlab的直方图均衡算法研究与实现-毕业论文.doc
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基于matlab的直方图均衡算法研究与实现-毕业论文.doc
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摘要
摘 要
基于灰度直方图的图像增强技术是图像增强领域的一个重要方面。直方图均衡化处理
是增强图像对比度的方法之一,其方法是通过使用累积函数对灰度值进行调整以实现对比
度的增强。从本质上说,直方图均衡化处理是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个
灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布,其主要缺点是处理后的图像将会大量损失灰
度层次,而且增强力度不够。
本文首先介绍了 MATLAB 的相关概况和技术特点。接着,提出了直方图均衡化的图
像增强原理。然后,提出了直方图均衡化的经典算法和两种改进算法。最后,以两幅医学
图像为例,对文中提出的直方图均衡化算法进行了 MATLAB 仿真,并对仿真结果进行了
比较和分析。
MATLAB 仿真结果表明:直方图均衡化使得图像的对比度增强,许多细节显得更加清
晰,有利于图像分析与识别。不同于理论值,均衡化后的直方图并不是完全均匀分布的,
而是近似均匀分布的。此外,直方图均衡化对于对比度较弱的灰度图像增强效果比较明显。
最重要的是,相对于经典直方图均衡化算法,两种改进算法能够更加有效地改善灰度图像
的对比度和灰度动态范围。
关键词:直方图均衡;图像增强;MATLAB 仿真;医学图像
Abstract
I
ABSTRACT
Histogram-based image enhancement technology is an important aspect in the field of
image enhancement. Histogram equalization is one of the ways to enhance contrast. It can
enhance contrast by accumulative function to adjust the gray value. In essence, histogram
equalization can transform the histogram of the original image that is relatively concentrated in
certain regions into uniform distribution in the whole range of gray-level. The main drawback of
histogram equalization is that the image after being processed will lose a great amount of gray
levels and the enhancement effect is not so obvious.
Firstly, relevant overview and technical characteristics of MATLAB is introduced in this
paper. Secondly, image enhancement principle of histogram equalization is advanced. Thirdly,
classical algorithm and two modified algorithms of histogram equalization are advanced. Finally,
histogram equalization algorithms being advanced in this paper are simulated in MATLAB
based on two medical images and then the results of MATLAB simulation is compared and
analyzed.
The results of MATLAB simulation demonstrate that histogram equalization can enhance
contrast to make details more clear which is benefit for image analysis and identification.
Histogram of equalization image is not entirely uniform distribution but approximately uniform
distribution is different with theory. Additionally, weak contrast gray image can acquire
relatively obvious enhancement effect by histogram equalization. Most important of all is that
the two modified algorithms can enhance contrast and dynamic gray ranges more effectively
compared with classical algorithm.
Keywords: histogram equalization; image enhancement; MATLAB simulation; medical image
目录
目 录
第 1 章 引言 .............................................................................................................1
1.1 课题来源及发展概况............................................................................................................1
1.1.1 课题来源...............................................................................................................................................1
1.1.2 发展概况...............................................................................................................................................1
1.2 论文结构 ...............................................................................................................................3
第 2 章 MATLAB 简介 ...........................................................................................5
2.1 MATLAB 的发展概述 ..........................................................................................................5
2.2 MATLAB 的主要功能 ..........................................................................................................6
2.3 MATLAB 的技术特点 ..........................................................................................................6
2.4 MATLAB 的应用与展望 ......................................................................................................7
第 3 章 直方图修正 .................................................................................................9
3.1 图像增强 ...............................................................................................................................9
3.2 直方图 ...................................................................................................................................9
3.3 直方图均衡化......................................................................................................................10
3.4 直方图规定化......................................................................................................................12
第 4 章 直方图均衡化算法 ...................................................................................15
4.1 全局直方图均衡算法..........................................................................................................15
4.2 改进算法..............................................................................................................................15
4.2.1 基于抛物线的全局直方图均衡化算法............................................................................................15
4.2.2 局域直方图均衡算法.........................................................................................................................16
第 5 章 MATLAB 仿真及分析 .............................................................................19
5.1 函数格式介绍 .....................................................................................................................19
5.2 标准直方图均衡算法的实现及分析 .................................................................................19
5.3 改进算法的实现与分析 .....................................................................................................22
5.3.1 基于抛物线的直方图均衡化算法实现及分析................................................................................22
5.3.2 局部直方图均衡化算法的实现与分析............................................................................................26
第 6 章 结论与展望 ...............................................................................................31
6.1 结论......................................................................................................................................31
6.2 不足之处及未来展望..........................................................................................................31
参考文献 .................................................................................................................33
致 谢 .................................................................................................................34
XX 大学学士学位论文
0
第 1 章 引言
1.1 课题来源及发展概况
1.1.1 课题来源
在对图像进行处理之前,了解图像整体或者局部的灰度分布情况是非常必要的。对图
像的灰度分布进行分析的重要手段就是建立灰度直方图,利用图像的灰度直方图可以直观
地看出图像中的像素亮度分布情况,通过直方图均衡化、归一化和规定化的处理等,可对
图像的质量进行调整。此外,通过对直方图的分析,有助于确定图像阈值化处理的阈值,
为图像分割做准备。
直方图均衡化处理是图像对比度增强的方法之一,其方法是通过使用累积函数对灰度
值进行“调整”以实现对比度的增强。从本质上说,是把原始图像的灰度直方图从比较集中
的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布。
1.1.2 发展概况
数字图像处理又称为计算机图像处理,它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算
机对其进行处理的过程。数字图像处理作为一门学科大约形成于 20 世纪 60 年代初期。早
期的图像处理的目的是改善图像的质量,改善人的视觉效果。图像处理中,输入的是质量
低的图像,输出的是改善质量后的图像。
从 20 世纪 60 年代以来,美国及一些国际组织发射了资源遥感卫星和天空实验室,由
于成像条件受飞行器位置,姿态,环境条件等影响,图像质量总不是很高。因此,以如此
昂贵的代价进行简单直观的判读来获取图像是不合算的,而必须采用数字图像处理技术。
如 LANDSAT 系列陆地卫星,采用多波段扫描器(MSS),在 900km 高空对地球每一个地区
以 18 天为一周期进行扫描成像,其图像分辨率大致相当于地面上十几米或 100 米左右(如
1983 年发射的 LANDSAT-4,分辨率为 30m)。这些图像在空中先处理(数字化,编码)成数
字信号存入磁带中,在卫星经过地面站上空时,再高速传送下来,然后由处理中心分析判
读。这些图像无论是在成像,存储,传输过程中,还是在判读分析中,都必须采用很多数
字图像处理方法。
首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室(JPL)。他们对航天探测器徘徊者 7 号
在 1964 年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术,如几何校正,灰度变换,去除噪
声等方法进行处理,并考虑了太阳位置和月球环境的影响,由计算机成功地绘制出月球表
面地图,获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像
处理,以致获得了月球的地形图,彩色图及全景镶嵌图,获得了非凡的成果,为人类登月
创举奠定了坚实的基础,也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术,
如对火星,土星等星球的探测研究中,数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。
从 20 世纪 70 年代中期开始,随着计算机技术和人工智能,思维科学研究的迅速发展,
数字图像处理向更高,更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像,实现
类似人类视觉系统理解外部世界,这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家,特别是发
达国家投入更多的人力,物力到这项研究,取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成
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