基于Matlab的計算機(jī)圖像增強(qiáng)技術(shù)研究

張小紅

摘 要：文章分析了圖像增強(qiáng)技術(shù)的類型，主要是從圖像空間域增強(qiáng)技術(shù)，頻率域增強(qiáng)技術(shù)兩方面進(jìn)行分析，并探究了基于Matlab的計算機(jī)圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用，對其應(yīng)用方法及效果進(jìn)行了探索，提出了這種技術(shù)存在的不足，對于圖像增強(qiáng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展是一種促進(jìn)。

關(guān)鍵詞：Matlab；計算機(jī)圖像增強(qiáng)技術(shù)；類型

隨著計算機(jī)技術(shù)的深化發(fā)展，計算機(jī)圖像處理技術(shù)也實現(xiàn)了飛躍式發(fā)展。目前，計算機(jī)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，幾乎所有與成像有關(guān)的領(lǐng)域都需要應(yīng)用到計算機(jī)圖像處理技術(shù)。圖像在形成過程中會受到多種因素的影響，而導(dǎo)致所成圖像與原始景物或者圖像之間存在一定的差異，成像效果不是很理想。要改變這種情況，就需要借助于圖像增強(qiáng)技術(shù)手段，提升成像的品質(zhì)。圖像增強(qiáng)是指根據(jù)特定的要求，突出圖像中的一些重點信息，消除一些不必要的信息。通過信息的增強(qiáng)處理，提升原始圖像處理的清晰度，提升圖形的信息含量，實現(xiàn)對圖像中感興趣目標(biāo)的有效監(jiān)測和測量，滿足人們的需要。

1 圖像增強(qiáng)技術(shù)的類型

按照圖像增強(qiáng)的作用域劃分，圖像增強(qiáng)技術(shù)可以分為空間域增強(qiáng)技術(shù)和頻率域增強(qiáng)技術(shù)兩種類型。

1.1 圖像空間域增強(qiáng)技術(shù)

圖像空間域增強(qiáng)技術(shù)能夠直接對圖像個像素進(jìn)行空間處理，空間域增強(qiáng)方法分為擴(kuò)展對比度的灰度變換方法、消除噪聲的相關(guān)平滑方法、增強(qiáng)邊緣的相關(guān)銳化方法3種類型。

灰度直方圖均衡化是一種效果很強(qiáng)的圖像增強(qiáng)技術(shù)，這種技術(shù)原理是對一幅圖像的灰度直方圖進(jìn)行處理，使之發(fā)生一定的變化，變得均勻或者是基本均勻的圖像。這種方法能夠使分布在每一個灰度等級上的像素個數(shù)基本相等，達(dá)到一種基本平均，這是一種典型的圖像空間處理技術(shù)，但灰度直方圖只是依照一種近似的概率密度函數(shù)進(jìn)行設(shè)計的，當(dāng)離散的灰度等級發(fā)生變化的時候，就不能達(dá)到最終完全均勻的效果。

1.2 頻率域增強(qiáng)技術(shù)

頻率域圖像增強(qiáng)技術(shù)是對圖像從空間變化到頻率過程中的相關(guān)信息進(jìn)行處理，然后將得到的結(jié)果進(jìn)行反變化從而實現(xiàn)對圖像進(jìn)行處理的目標(biāo)。常用到的頻率域增強(qiáng)技術(shù)方法有傅里葉變化法、沃爾什—哈達(dá)瑪變化法、DCT變化法等。頻率域增強(qiáng)技術(shù)主要包括以下核心技術(shù)內(nèi)容。

1.2.1 頻率域平滑技術(shù)

圖像平滑不僅可以在空間域中實現(xiàn)，同時在頻率域中要能夠?qū)崿F(xiàn)。我們知道噪聲主要是集中在高頻部分上面，要改善圖像質(zhì)量，需要去除噪聲，這就需要應(yīng)用到濾波器，通過采用低通濾波器對高頻成分進(jìn)行抑制處理，通過低頻成分時，需要通過逆傅里葉變換獲得相應(yīng)的濾波圖像，以達(dá)到對平滑圖像的有效獲取。常用的頻率域低濾波器有以下幾種類型：（1）理想低通濾波器。這種濾波器需要設(shè)置好離開原點的截止頻率，通過相應(yīng)的函數(shù)設(shè)置開展工作。高頻成分包含很多邊緣信息，采用理想低通濾波器能夠去除噪聲，但在除去噪聲的同時也會損失一些邊緣信息，這對圖像的清晰度會造成一定的影響，導(dǎo)致圖像邊緣的模糊。（2）Butterworth低通濾波器。這種濾波器也需要設(shè)置傳遞函數(shù)，與理想濾波器相比，它的陡峭變化不明顯，連續(xù)性衰減，便顯出明顯的不連續(xù)性特點。采用低通濾波器不僅能夠抑制噪音，同時也能夠有效降低圖像邊緣的模糊性，不會發(fā)生所謂的振鈴效應(yīng)，（3）指數(shù)低通濾波器。這種濾波器也是圖像處理技術(shù)中常用到的一種濾波器，這種濾波器開展工作也需要設(shè)置相應(yīng)的傳遞函數(shù)，采用這種濾波器不僅能抑制噪音，同時也能夠提升圖像邊緣的模糊程度，也不會發(fā)生明顯的振鈴效應(yīng)。

1.2.2 頻率域銳化技術(shù)

圖像的模糊程度與高頻成分強(qiáng)弱有很大的關(guān)系，如果高頻成分較弱，圖像的模糊度就相對較高。而圖像的邊緣、細(xì)節(jié)也主要存在于高頻部分中。借助于頻率域銳化技術(shù)就是為了消除圖像邊緣的模糊信息，突出邊緣，能夠通過高通濾波器使高頻成分順利通過，而有效地削弱一些低頻成分，然后借助于傅里葉變化技術(shù)獲得邊緣銳化圖像，以增強(qiáng)圖像的清晰度。目前所采用的高通頻率器主要以下幾種類型：（1）理想高通濾波器。這種濾波器開展工作也需要設(shè)置合適的函數(shù)，這樣才能達(dá)到應(yīng)用的效果。（2）巴特沃斯高通濾波器。這種濾波器開展工作也需要設(shè)置合適的函數(shù)，對函數(shù)進(jìn)行科學(xué)定義，才能保障其工作效果。（3）指數(shù)濾波器。這種濾波器開展工作與前兩種類似也需要在設(shè)置特定函數(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)操作。

通過分析可以得出結(jié)論，對圖像進(jìn)行平滑處理能夠使圖像的邊緣變得模糊，而對圖像進(jìn)行銳化處理，能夠使圖像變得清晰，但銳化處理技術(shù)也有一定的局限性，其在增強(qiáng)圖像邊緣效果的時候，也會增強(qiáng)圖像的噪音。如果圖像自身邊緣噪音較低，在進(jìn)行銳化處理的過程中，有可能導(dǎo)致噪音增加得比信號快，導(dǎo)致圖像處理失敗。因此，做好預(yù)處理工作很重要，一般需要先進(jìn)行圖像的平滑處理，然后進(jìn)行圖像的銳化處理[1]。

2 圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用

圖像處理技術(shù)一直是圖像處理領(lǐng)域中的一個非常重要的技術(shù)項目，圖像增強(qiáng)技術(shù)主要是通過一系列技術(shù)手段有選擇地對圖像中人們感興趣的特征進(jìn)行明確和突出，或者是對圖像中的一些不需要的信息進(jìn)行抑制處理，通過圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用主要是為了改善圖像質(zhì)量，豐富相關(guān)信息，促進(jìn)圖像能實現(xiàn)有效的判讀，達(dá)到一種有效識別的效果。圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，在遙感領(lǐng)域、微生物研究領(lǐng)域、刑偵領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，這種技術(shù)能夠?qū)υ紙D像的模式進(jìn)行識別，有助于實現(xiàn)目標(biāo)物的有效監(jiān)測[2]。

2.1 灰度級變換增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)技術(shù)在應(yīng)用中，借助于Matlab工具箱中的imhist函數(shù)及相關(guān)命令，能夠?qū)υ紙D像中的直方圖灰度情況進(jìn)行查看，能夠看到其灰度范圍較窄并且圖像灰度值的高地區(qū)分不是很清楚。借助于圖像增強(qiáng)技術(shù)對像源的灰度值進(jìn)行擴(kuò)展，能夠增加圖像的動態(tài)范圍，擴(kuò)展圖像對比度，使圖像變得更為清晰。調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)將圖像的灰度值進(jìn)行設(shè)置，把灰度值擴(kuò)展到整個灰度范圍中，能夠使像素分布在圖像類型相應(yīng)的取值范圍中，以這種方式就能改善圖像質(zhì)量。這種技術(shù)在應(yīng)用中，需要考慮圖像的灰度和對比度等情況，能夠使圖像的灰度及對比度發(fā)生合適的變化。

再利用imhist函數(shù)進(jìn)行圖像設(shè)置時，對圖像的灰度級進(jìn)行處理時，需要調(diào)整圖像的灰度范圍，需要進(jìn)行合適的函數(shù)格式設(shè)置，這樣才能滿足需要。

2.2 直方圖均衡化增強(qiáng)

直方圖均衡化處理技術(shù)的工作原理是把原始圖像的灰度直方圖從比較集中的某個灰度區(qū)間轉(zhuǎn)變?yōu)槿炕叶确秶鷥?nèi)的均勻分布。這種技術(shù)能夠?qū)D像進(jìn)行非線性拉伸處理，能夠?qū)D像像素值進(jìn)行重新分配設(shè)置，通過技術(shù)處理使一定灰度范圍內(nèi)的像素數(shù)量保持大概一致。直方圖均衡化處理技術(shù)能夠把既定圖像的直方圖分布進(jìn)行設(shè)置，使這種分布發(fā)生改變，變?yōu)榫鶆蚧植贾狈綀D分布形式。有些圖像存在一定的問題，其在低值灰度區(qū)間上的頻率較大，這樣就導(dǎo)致圖像中的一些較暗區(qū)域內(nèi)的信息分辨不清，導(dǎo)致一些細(xì)節(jié)分辨不清。如果借助于技術(shù)手段，將圖像灰度范圍分開，可以讓灰度頻率較小的灰度級變大，從而改善圖像質(zhì)量。

2.3 中值濾波

中值濾波技術(shù)是一種非線性平滑處理技術(shù)，這種技術(shù)能夠?qū)⒚總€像素點上的灰度值進(jìn)行合適的設(shè)置，設(shè)置為該點某領(lǐng)域口內(nèi)的所有像素點灰度值的中值，從而改善圖像質(zhì)量。中值濾波工作方法如下，通過技術(shù)手段從圖像中的某個采樣窗口取得合適的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)是奇數(shù)個數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序處理。然后用排序后的中間值對要處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行取代處理。采用中值濾波奇數(shù)進(jìn)行突出處理能夠消除噪音，在處理圖像的過程中，還能夠?qū)吘壭畔⑦M(jìn)行保護(hù)，這是一種非常有效的平滑噪聲處理方式。

3 圖像增強(qiáng)技術(shù)存在的不足

雖然圖像增強(qiáng)技術(shù)在計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的同時獲得了有效的發(fā)展，在很多應(yīng)用中也得到了廣泛的應(yīng)用，并且應(yīng)用價值突出，但這種技術(shù)目前還存在一些發(fā)展問題。圖像增強(qiáng)技術(shù)還有很多方面需要完善。在增強(qiáng)方法方面，雖然可以借助于一定的手段快速找出效果較好的圖像，但需要對增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行比較，需要考量人機(jī)交互情況，對相關(guān)參數(shù)的變化情況進(jìn)行研究，如何自動實現(xiàn)最佳參數(shù)的有效選擇還是需要進(jìn)一步完善的工作。另外，目前，對增強(qiáng)后圖像的質(zhì)量評判還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)化衡量圖像質(zhì)量的方法、評價圖像和設(shè)計圖像的依據(jù)還沒有建立起來，這也影響到圖像增強(qiáng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

總之，圖像在生成、傳輸、變化過程中會受到很多因素的影響，從而影響圖像質(zhì)量。借助于圖像增強(qiáng)技術(shù)，有針對性地對圖像中感興趣的特征進(jìn)行突出或者是對一些不需要的特征進(jìn)行抑制處理，能夠有效地豐富圖像的信息量，改善圖像質(zhì)量，促進(jìn)圖像實現(xiàn)有效判斷和識別?；贛atlab的計算機(jī)圖像增強(qiáng)技術(shù)具有函數(shù)豐富、圖像處理速度快的優(yōu)勢，借助于這種圖像處理技術(shù)對圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理能夠起到很好的效果，滿足不同場合的需要，但這種技術(shù)還存在一定的缺陷，需要進(jìn)一步完善，這樣，其應(yīng)用推廣價值才能得到進(jìn)一步的提升。

[參考文獻(xiàn)]

[1]錢晶.基于Matlab的圖像增強(qiáng)技術(shù)分析[J].電子設(shè)計工程，2017（18）：87-89.

[2]朱昊.基于Matlab圖像增強(qiáng)技術(shù)研究[J].信息與電腦（理論版），2015（9）：79-81.