图像处理技术介绍

灰度变换法和直方图修正法解决曝光不

足问题中的应用

本文运用数字图像处理技术，针对曝光不足问题，提出了灰度变换法和直方图修正法，通过软件编程进行了验证。结果表明，经过处理的图片亮度和对比度有了明显增强。

人类传递信息的主要媒介是语音和图像，而在接收的信息中，视觉信息占到百分之六十以上，所以作为传递信息的重要媒体和手段，图像信息是至关重要的。随着CMOS传感器技术的发展，低成本的CMOS成像系统，如实时监控系统、车载摄像头、电脑摄像头、MP4和手机上的数码相机已成为人们生活和工作中不可或缺的部分。在现实生活中，想要拍下精彩瞬间时，高清晰的数码相机不在身边，只能用拍摄能力较差的手机抓拍。而由于应用的时间不分早晚、场合随意性很大，拍摄的时候，没有充分的时间准备调整手中拍摄设备的曝光度，常常会出现曝光不足的问题。随着人类步入信息时代，图像处理技术迅速发展起来，尤其是计算机技术的迅猛发展，使得图像处理技术得以广泛应用于众多的科学和工程领域。本文针对彩色图像的曝光不足的问题展开研究。通过数字图像处理技术进行处理，提高了图像的可视性。

当观察一个彩色物体时，往往用色调、色饱和度和亮度描述它。而大多拍摄的图片，彩色模式都是RGB模式。RGB是按照三基色理论来产生图像的。如果直接对RGB图像处理，则往往难以保证RGB三色的比例。为了不影响图像的色调，可以先将RGB图像模式转换为HSI图像模式，再从图像中提取出灰度信息，对灰度图像运用现有的或改进的图像处理方法以求达到预期效果。然后，综合处理过的灰度、色饱和度和色调信息，将其结合为HSI图像，再转换为真彩RGB图像，查看处理效果，如果符合要求，则从设备输出端显示或保存。否则，改变算法对灰度图像进行处理，直到符合要求为止。

灰度变换处理的关键在于设计一个合适的映射函数（曲线）。映射函数的设计有两类方法，一类是根据图像特点和处理工作需求，人为设计映射函数，试探其处理效果；另一类设计方法是从改变图像整体的灰度分布出发，设计一种映射函数，使变换后图像灰度直方图达到或接近预定的形状。

曝光不足导致图像亮度都较低，图像动态范围小。灰度变换可提高图像的整体或局部亮度，从而使图像变得清晰可见，它是图像增强的重要手段之一。灰度变换增强的原理如下：设r和s分别代表原始图像和增强图像的灰度，T(.)为映射函数，通过映射函数T(.)，将原始图像f(x,y)中的灰度r映射成增强图像g(x,y)中的灰度s，使得图像灰度的动态范围得以扩展或压缩，用以改善对比度。灰度变换是图像对比度增强的一个有效手段，它与图像的像素位置及被处理像素的邻域灰度无关。

直方图修正可使原图像灰度级集中的区域拉开或使灰度分布均匀，从而增大反差，从而解决图像动态范围小的问题。直方图修正是以概率论为基础演绎出来的对图像灰度进行变换的又一种对比度增强处理。图像f(x,y)中的某一灰度f的像素数目n所占总像素数目N的份额，称为该灰度像素在该图中出现的概率密度。，i=0,1,2⋯,L-1。其中，L为灰度级总数目。它随灰度变化ii n/N p(f)p(f)=n/N i fi fii的函数称为该图像的概率密度函数，该函数是一簇梳状直线，被定义为直方图。如果f(x,y)是连续的随即变量，则它的直方图为一条连接直线簇顶点的拟合曲线。直方图概括了图像中各灰度级的含量，一幅图像的明暗分配状态，可以通过直方图反映出来。为了改善某些目标的对比度，可修改各部分灰度的比例关系，即可通过改造直方图的办法来实现。特别是把原图像直方图两端加以扩展，而中间峰值区加以压缩，使得输出图像的概率密度p(g)所构成的整个直方图呈现大体均匀分布，则输出图像的清晰度会明显提高。灰度变换可提高图像的整体或局部亮度，从而可以使曝光不足导致昏暗不清的图像变得清晰可见。

直方图均衡化可以通过改变对比度的方法解决曝光不足的问题。处理方法是先将RGB 图像换为HSI图像，提取灰度信息，对得到灰度图像信息进行直方图均衡化处理，再将灰度处理后的的图像转回RGB彩色图像

合理的采用灰度变换、直方图变换算法对在夜间或阴影处等容易产生曝光不足问题的环境下拍摄的图像进行处理，结果表明：处理后的图像比原图像清晰度对比度有了明显的改善，对采集的图像中存在的曝光不足问题的解决是有效的。

参考资料：作者：姚海燕李响图像处理技术在解决曝光不足问题中的应用