rasp_lab1_sem2_kulnevx

Нижегородский Государственный Технический Университет
им. Р.Е.Алексеева
Кафедра «Вычислительные системы и технологии»
Лабораторная работа №1 по
дисциплине: «Распознавание образов»
Поточечное преобразование изображений
Выполнил:
студент группы М14-ИВТ-3
Кульнев Андрей
Проверил:
Утробин В.А.
Нижний Новгород
2014 год
Задание
Взять произвольное изображение и построить его гистограмму. Провести преобразование
гистограммы, реализуя следующие процедуры:
1) просветление изображения (регулировка яркости) с b>0 и Ь<0. Показать как изменяется
гистограмма на разных значениях b.
2) инвертирование изображения (частичное - два варианта и полное). Построение гистограмм.
3) пороговое изображение (бинарное изображение и яркостные срезы — два варианта). Построение
гистограмм.
4) изменение контраста (низко контрастное, средне контрастное и высоко контрастное). Построение
гистограмм.
По каждому пункту написать вывод.
Выполнение работы
Гистограммой называется зависимость частоты появлений на изображении точек с
одинаковыми значениями яркости от этого значения, представленная в той или иной форме.
Выберем представление в виде столбчатой диаграммы, как наиболее наглядное. 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 выглядит следующим образом:
Гистограмма исходного изображения:
1) Просветление и затемнение изображения
Повышение (понижение) яркости достигается за счет прибавления (вычитания) к значению
яркости каждой течки изображения (по каждому из трех каналов – R, G, В) некоторой константы (b)
из диапазона от 0 до 255. При этом полученный результат не должен выходить за границу диапазона
от 0 до 255, поэтому при получении отрицательного результата (<0) берется нулевое значение, а при
результате более 255 берется значение 255.
В нашем случае будем задавать значение константы по единичной школе от 0 до 1, где единица
соответствует 255.
Ниже представлены изображения после просветления с заданием констант b=0.2 (255*0.2=51) и
b=0.7 (255*0.7=179) получим следующие изображения:
Соответствующие гистограммы будут выглядеть следующим образом:
Ниже представлены изображения после затемнения с заданием констант b=-0.2 (-51) и b=-0.7 (179) получим следующие изображения:
Соответствующие гистограммы будут выглядеть следующим образом:
Вывод:
При увеличении яркости изображения на константу b его гистограмма смещается по
горизонтальной оси вправо на значение этой константы. Данная операция позволяет детализировать
темные области изображения.
При уменьшении яркости изображения на константу b его гистограмма смещается по
горизонтальной оси влево на значение этой константы. Данная операция позволяем детализировать
светлые области изображения.
При значении b=1 (255) изображение становится полностью белым. При значении b=-1 (-255)
изображение становится полностью черным.
2) 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.
Результат полного инвертирования:
Соответствующая гистограмма:
2.2 Частичное инвертирование (нижнее)
Формируется по закону Vi=Vmax- Vi , при Vi < Vпор , где Vпор некоторое пороговое значение
яркости.
При пороговом значении Vпор= 0.39 (100) результат выглядит следующим образом
Соответствующая гистограмма:
2.3 Частичное инвертирование (верхнее)
Формируется по закону Vi=Vmax- Vi , при Vi > Vпор , где Vпор некоторое пороговое значение
яркости.
При пороговом значении Vпор= 0.39 (100) результат выглядит следующим образом:
Соответствующая 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 меняйся Часть гистограммы при
значениях яркости выше Vmax- Vпор (правая часть) переместилась в область значений яркости ниже
заданного порога (левая часть).
3) Пороговые изображения
3.1 Бинарное изображение.
Преобразование изображения к бинарному (черно-белому). Задается некоторое пороговое
значение яркости. Значения яркостей, лежащие ниже порогового преобразуются в нуль (черный
цвет), а лежащие выше порогового — в 255 (белый цвет).
При пороговом значении Vпор= 0.5 (128) результат выглядит следующим образом:
Соответствующая гистограмма:
3.2 Яркостные срезы
Задается некоторое пороговое значение яркости. Значения яркостей, лежащие ниже порогового
остаются без изменений, а лежащие выше порогового преобразуются в 255 (белый цвет). В случае
порогового значения 255, изображение остается неизменным. В случае порогового значения 0,
изображение становится полностью белым.
При пороговом значении Vпор= 0.6 (153) результат выглядит следующим образом:
Соответствующая гистограмма:
Возможен также другой вариант яркостного среза. Значения яркостей, лежащие ниже
порогового преобразуются в ноль (черный цвет), а лежащие выше порогового остаются без
изменений. В случае порогового значения 255, изображение становится полностью черным. В случае
порогового значения 0, изображение остается неизменным.
При таком же пороговом значении Vпор= 0.6 (153) результат выглядит следующим образом:
Соответствующая гистограмма:
Вывод:
Преобразование изображения к бинарному позволяет разделить изображение и фон (в случае
контрастного изображения). На гистограмме присутствуют только пики в значениях яркости 0 и 255
(высота пиков зависит от порогового значения).
В одном случае яркостного среза часть гистограммы при значениях яркостей выше порогового
(правая часть) становится пиком при значении яркости 255. В другом случае часть гистограммы при
значениях яркостей ниже порогового (левая часть) становится пиком при значении яркости 0
Яркостный срез позволяет отделить фон от изображения, сохраняя цвета изображения.
4) 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 Низко контрастное изображение.
Состоит из полутонов с ограниченным диапазоном.
При значении k=0.3 получаем следующее изображение:
Соответствующая гистограмма:
4.2 Средне контрастное изображение.
Это изображение с широким динамическим диапазоном и более-менее равномерной
гистограммой. Это исходное изображение.
4.3 Высококонтрастное изображение.
При значении k=5 получаем следующее изображение:
Соответствующая 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.