Python 图像对比度增强的几种方法(小结)

2019-11-25 11:40:00

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图像处理工具――灰度直方图

灰度直方图时图像灰度级的函数，用来描述每个灰度级在图像矩阵中的像素个数或者占有率。
例子：矩阵

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上面图片的灰度直方图

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python实现

#!usr/bin/env python#-*- coding:utf-8 _*-"""@author:Sui yue@describe: 灰度直方图，描述每个灰度级在图像矩阵中的像素个数或者占有率@time: 2019/09/15"""import sysimport cv2import numpy as npimport matplotlib.pyplot as plt#对于8位图，图像的灰度级范围式0~255之间的整数，通过定义函数来计算直方图def calcGrayHist(image): #灰度图像矩阵的高、宽 rows, cols = image.shape #存储灰度直方图 grayHist=np.zeros([256],np.uint64) for r in range(rows):  for c in range(cols):   grayHist[image[r][c]] +=1 return grayHist#主函数if __name__=="__main__": #第一个参数式图片地址，你只需放上你的图片就可 image = cv2.imread('../images/test3.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) cv2.imshow("image", image) print("Usge:python histogram.py imageFile") #计算灰度直方图 grayHist=calcGrayHist(image) #画出灰度直方图 x_range=range(256) plt.plot(x_range,grayHist,'r',linewidth=2,c='black') #设置坐标轴的范围 y_maxValue=np.max(grayHist) plt.axis([0,255,0,y_maxValue]) plt.ylabel('gray level') plt.ylabel("number or pixels") # 显示灰度直方图 plt.show() cv2.waitKeyEx(0)

结果

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线性变换

假设输入图像为I，宽W、高为H，输出图像为O,图像的线性变换可以利用以下公式：

a的改变影响图像的对比度，b的改变影响图像的亮度

线性变换python实现

#!usr/bin/env python3#-*- coding:utf-8 -*-#--------------------------"""@author:Sui yue@describe: 对比增强，线性变换@time: 2019/09/15 14:21:44"""import sysimport numpy as npimport cv2import matplotlib.pyplot as plt#主函数def calcGrayHist(image): #灰度图像矩阵的高、宽 rows, cols = image.shape #存储灰度直方图 grayHist=np.zeros([256],np.uint64) for r in range(rows):  for c in range(cols):   grayHist[image[r][c]] +=1   # 显示灰度直方图 # 画出灰度直方图 x_range = range(256) plt.plot(x_range, grayHist, 'r', linewidth=2, c='black') # 设置坐标轴的范围 y_maxValue = np.max(grayHist) plt.axis([0, 255, 0, y_maxValue]) plt.ylabel('gray level') plt.ylabel("number or pixels") # 显示灰度直方图 plt.show()if __name__=="__main__": # 读图像 I = cv2.imread('../images/test3.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) #线性变换 a=3 O=float(a)*I #进行数据截断，大于255 的值要截断为255 O[0>255]=255 #数据类型转换 O=np.round(O) #uint8类型 O=O.astype(np.uint8) #显示原图和线性变换后的效果 cv2.imshow("I",I) cv2.imshow("O",O) calcGrayHist(I) calcGrayHist(O) cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows()

线性变换结果

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灰度直方图

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直方图正规化

假设输入图像为I，宽W、高为H，I（r,c）I（r,c）I（r,c）代表I的第r行第c列的灰度值，将I中出现的最小灰度级记为IminI_{min}Imin,最大灰度级记为ImaxI_{max}Imax,I（r,c）∈[Imin,Imax]I（r,c）/in [I_{min},I_{max}]I（r,c）∈[Imin,Imax],为使输出图像O的灰度级范围为 [Omin,Omax][O_{min},O_{max}][Omin,Omax],I（r,c）I（r,c）I（r,c）和O（r,c）O（r,c）O（r,c）做以下映射关系：

其中0≤r<H,0≤c<W/quad0/le r /lt H,0/le c /lt W0≤r<H,0≤c<W,O(r,c)O(r,c)O(r,c)代表O的第r行和第c列的灰度值。这个过程就是常称的直方图正规化。因为0≤I(r,c)−IminImax−Imin≤10 /le/frac{I(r,c)-I_{min}}{I_{max}-I_{min}} /le 10≤Imax−IminI(r,c)−Imin≤1,所以O(r,c)∈[Omin,Omax]O(r,c) /in [O_{min},O_{max}]O(r,c)∈[Omin,Omax],一般令Omin=0O_{min}=0Omin=0,Omax=255O_{max}=255Omax=255。显然，直方图正规化使一种自动选取a和b的值的线性变换方法，其中

直方图正规化python实现

#!usr/bin/env python3#-*- coding:utf-8 -*-#--------------------------"""@author:Sui yue@describe: 直方图正规化@time: 2019/09/18 21:17:22"""import cv2import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltimport sysdef calcGrayHist(image): #灰度图像矩阵的高、宽 rows, cols = image.shape #存储灰度直方图 grayHist=np.zeros([256],np.uint64) for r in range(rows):  for c in range(cols):   grayHist[image[r][c]] +=1   # 显示灰度直方图 # 画出灰度直方图 x_range = range(256) plt.plot(x_range, grayHist, 'r', linewidth=2, c='black') # 设置坐标轴的范围 y_maxValue = np.max(grayHist) plt.axis([0, 255, 0, y_maxValue]) plt.ylabel('gray level') plt.ylabel("number or pixels") # 显示灰度直方图 plt.show()#主函数if __name__ == '__main__': #读入图像 I = cv2.imread('../images/test3.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) #求I的最大值，最小值 Imax=np.max(I) Imin=np.min(I) #要输出的最小灰度级和最大灰度级 Omax,Omin=255,0 #计算a和b的值 ,测试出*4 能看到人脸 a=float(Omax-Omin)/(Imax-Imin) b=Omin-a*Imin #矩阵的线性变换 O=a*I+b #数据类型转换 O=O.astype(np.uint8) #显示原图和直方图正规化的效果 cv2.imshow("I",I) cv2.imshow("O",O) calcGrayHist(O) cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows()

直方图正规化结果

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伽马变换

假设输入图像为I，宽W、高为H，首先将其灰度值归一化到[0,1][0,1][0,1]范围，对于8位图来说，除以255即可。I(r,c)I(r,c)I(r,c)代表归一化后的第r行第c列的灰度值，为使输出图像O ，伽马变换就是令O(r,c)=I(r,c)γ,0≤r<H,0≤c<WO(r,c)=I(r,c)^/gamma,/quad0/le r /lt H,0/le c /lt WO(r,c)=I(r,c)γ,0≤r<H,0≤c<W，如下图所示：

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当γ=1/gamma=1γ=1时，图像不变。如果图像整体或者感兴趣区域较暗，则令0≤γ<10/le /gamma /lt 10≤γ<1可以增加图像对比度；相反图像整体或者感兴趣区域较亮，则令γ>1/gamma /gt 1γ>1可以降低图像对比度。

伽马变换python实现

#!usr/bin/env python3#-*- coding:utf-8 -*-#--------------------------"""@author:Sui yue@describe: 对比增强 伽马变换@time: 2019/09/18 22:22:51"""import cv2import numpy as npimport sys#主函数if __name__ == '__main__':  I = cv2.imread('../images/test3.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)  #图像归一化  fI=I/255.0  #伽马变换  gamma=0.3  O=np.power(fI,gamma)  #显示原图和伽马变换  cv2.imshow("I",I)  cv2.imshow("O",O)  cv2.waitKey()  cv2.destroyAllWindows()

伽马变换结果

gamma=0.3