【導讀】理論研究型()；計算機軟件型()；綜合型()。均衡增強算法，要求設(shè)計相應(yīng)程序并給出實驗結(jié)果。[2]熟悉Matlab程序設(shè)計方法，實現(xiàn)算法的仿真，并得到最后的處理結(jié)果。[3]比較幾種算法的實驗效果，討論改進的措施。存在的理論缺陷，提出了一種高效、自適應(yīng)的算法。通過實驗證明，改進后的算法可以明顯地改善直方圖均衡處。圖像處理系統(tǒng)中采用。

　　

【正文】 (48) 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 式中： kT 為最終圖像中的灰度值； maxS 是 X 中有像素占據(jù)的最大灰度值； minS 是 X 中有像素占據(jù)的最小灰度值； kS 是 X 中的像素灰度值； a 為亮度補償系數(shù)，取值在 0 到 1 之間。由式 (48)可得， a 用于控制常規(guī)直方圖均衡后，最低灰度層的映射位置。當 0?a 時，最低層被映射到了結(jié)果圖像的 0 灰度；當 1?a 時，與常規(guī)直方圖變換的結(jié)果相同；實驗證明當 a 取 左右時，既可以控制原圖像中最低灰度層不在結(jié)果圖像中被變換到過高的灰度，使結(jié)果圖像有較高的對比度 ,表現(xiàn)出原圖中的細節(jié)，同時又可以對原圖像作適當?shù)牧炼刃拚?，得到較好的觀察效果，同時使該算法具有自適應(yīng)性。 本設(shè)計 算法的優(yōu)點 (1) 使結(jié)果圖像具有比常規(guī)直方圖均衡更大的動態(tài)范圍，從而保證了結(jié)果圖像的對比度與平均亮度。由人眼視覺理論認為，當平均亮度適中時，能分辨的亮度上下限之比為 1 000∶ 1；而當平均亮度較低時，該比值只有10∶ 1 從而可知由該算法處理后的圖像比原圖像有更好的細節(jié)表現(xiàn)力。 (2) 該算法具有自適應(yīng)性，不用根據(jù)直方圖均衡后得到的結(jié)果再判斷是否使用該算法。假如直方圖均衡后，得到的結(jié)果較為理想，各灰度層分布都較均勻，可得式 (41)中的 maxS ≈ L1， minS ≈ 0，則對其進行式 (38)的變換后，灰度分布基本不變。 (3) 由于該算法運算時只是對常規(guī)的直方圖均衡的結(jié)果圖像又進行了一次灰度映射，與直方圖匹配算法相比計算量小，運算簡單，容易實現(xiàn)，十分適合實時圖像處理系統(tǒng)。 實現(xiàn)的具體步驟 在傳統(tǒng)直方圖均衡的基礎(chǔ)之上提出了一種自適應(yīng)的直方圖均衡算法，其具體實現(xiàn)步驟如下： 步驟 (a) 輸入數(shù)字圖像，若是彩色數(shù)字圖像，則按顏色模型抽取其中的亮度值；若是灰度圖像，則直接應(yīng)用灰度信息作為亮度數(shù)值； 步驟 (b) 統(tǒng)計亮度直方圖； 步驟 (c) 根據(jù)直方圖，計算亮度累計概率分布函數(shù) CDF； 步驟 (d) 計算輸入圖像的平均亮度； 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 步驟 (e) 計算基于亮度移動的亮度補償系數(shù) a； 步驟 (f) 計算亮度映射表，即亮度值域映射表； 步驟 (g) 設(shè)定輸入圖像的亮度值為 inX 計算增強后的原圖像的亮度值outX ；根據(jù)輸入圖像的性質(zhì)，還原數(shù)字圖像。 程序主要流程圖 統(tǒng) 計 直 方 圖輸 入 數(shù) 字 圖 像 并 提 取 亮 度 信 息計 算 平 均 值統(tǒng) 計 C D F 計 算 均 衡 系 數(shù)計 算 亮 度 映 射 表映 射 亮 度 并 還 原 數(shù) 字 圖 像開 始結(jié) 束 圖 41 程序主要流程圖 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 實驗結(jié)果分析 (a) 原圖 (b) 直方圖 圖 42 原圖和相應(yīng)的直方圖 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 (a) 直方圖均衡后的圖像 (b) 直方圖 圖 43 直方圖均衡后的圖像和相應(yīng)的直方圖 圖 42(a)為灰度呈現(xiàn)兩端分布的圖像，圖 42(b)為 (a)的直方圖，從中可燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 以看出在圖像的低灰度區(qū)域有較多的像素分布。圖 42(a)是使用直方圖均衡對圖 42(a)進行處理后的結(jié)果。從圖可以看出，低灰度區(qū)域被變換到了過高的灰度，原圖像的動態(tài)范圍以及對比度并沒有提升，只是將原圖像的低灰度層上的像素都移動到 了高灰度層上，從整體上增加了圖像的亮度，這一點也可以從變換后圖像的直方圖中得到驗證，如圖 43(b)。 同時，對圖 43(a)進行直方圖均衡，得到的結(jié)果還是圖 42(a)因為對同一圖像進行直方圖均衡的結(jié)果與進行直方圖均衡的次數(shù)無關(guān)，所以對具有圖 43(b)這樣的直方圖分布的圖像進行直方圖均衡算法也得不到滿意的效果。從中可以看出，低灰度區(qū)域密集分布僅對圖像而言，并非是對灰度的絕對值而言。 對圖 42(a)使用改進的直方圖均衡算法后，結(jié)果如圖 44(a)所示。從圖43(b)與 44(b)的直方圖分布可以明顯看 出： (1)經(jīng)過映射后，像素的灰度分布比使用常規(guī)直方圖均衡處理后的圖像灰度分布范圍要大得多，因而圖像有較大的動態(tài)范圍，從而保證了圖像有較大的對比度； (2)該算法又是以常規(guī)直方圖均衡為基礎(chǔ)的，在結(jié)果圖像中保留了常規(guī)直方圖均衡對灰度的變換與排列順序，因而又具有直方圖均衡的特點，強調(diào)了圖像的部分細節(jié)特征。 通過圖 42(a)與圖 44(a)結(jié)果圖像的比較可以驗證以下兩點： (a) 自適應(yīng)算法處理后的圖像 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 (b) 直方圖 圖 44 自適應(yīng)算法處理后的圖像和相應(yīng)直方圖 (1)圖 44(a)比圖 42(a)有更合 理的灰度分布，同時又與圖 42(a)有相似的亮度特征，克服了圖 43(a)亮度趨于飽和的缺點； (2)圖 44(a)又繼承了圖 43(a)的優(yōu)點，顯示出物體表面的細部特征。 本章小結(jié) 采用 了一種高效的、自適應(yīng)的灰度映射算法，彌補了圖像直方圖均衡在處理低灰度層密集分布的圖像時，不能有效增加圖像動態(tài)范圍與對比度的缺陷。該算法與直方圖匹配算法相比 ,算法簡單，計算量小，對圖像處理系統(tǒng)要求低，容易實現(xiàn)。在圖像實時處理領(lǐng)域中可以使用該算法來取代直方圖匹配算法，以實現(xiàn)圖像直方圖均衡的處理。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 結(jié) 論 一般而言， 圖像增強是為了去除噪聲和增加對比度，使處理后的圖像更適合某種特定應(yīng)用。本文對圖像增強的意義做了闡述，其中重點介紹了直方圖增強。對直方圖均衡化，直方圖規(guī)定化，局部增強進行了分析，比較歸納和總結(jié)。提出了一種自適應(yīng)直方圖均衡算法。 灰度直方圖概括了一幅圖像的灰度級內(nèi)容，由于其計算簡單，包含信息量大，被廣泛用于數(shù)字圖像處理中。直方圖均衡化是圖像增強處理中常用的方法之一，其基本的思想是通過均衡化處理調(diào)整灰度分布，達到對比度增大，改善圖像質(zhì)量，為進一步研究提供直觀、清晰的圖像。通過多幅圖像的均衡化處理 ,我們發(fā)現(xiàn)均衡化 處理后灰度變化范圍可能縮小，灰度有可能被過多的合并，圖像層次感減弱、過亮現(xiàn)象等缺點。 相比于直方圖均衡化 ， 直方圖規(guī)定化是需要變換直方圖使之成為某個特定的形狀 ， 從而有選擇地增強某個灰度值范圍內(nèi)的對比度 ， 使需要變換的細節(jié)更清晰，如當需要確定某個病灶的大小和形狀時 ， 用直方圖規(guī)定法可以清晰地了解病灶周邊的環(huán)境 。 本設(shè)計為了使灰度如此分布的圖像經(jīng)過處理后達到理想的效果，要對常規(guī)的直方圖變換進行如下修正： 1)控制原圖像中最低灰度層在結(jié)果圖像中的灰度，使結(jié)果圖像灰度分布有較大的范圍； 2)由于原圖像低灰度層像素密集，原圖像 整體偏暗或偏亮，不利于觀察，在結(jié)果圖像中要進行適當?shù)牧炼刃拚? 該算法具有自適應(yīng)性，不用根據(jù)直方圖均衡后得到的結(jié)果再判斷是否使用該算法。由于該算法運算時只是對常規(guī)的直方圖均衡的結(jié)果圖像又進行了一次灰度映射，與直方圖匹配算法相比計算量小，運算簡單，容易實現(xiàn)，十分適合實時圖像處理系統(tǒng)。 隨著計算機速度與容量的快速進展，近年來圖像處理與機器視覺實用化系統(tǒng)碩果累累，今后圖像增強會朝著更精確、更快速的方向發(fā)展。直方圖增強更會在其中發(fā)揮巨大作用。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 參考文獻 1 Gonzalez r c， Woods r e．數(shù)字圖像 處理．北京：電子工業(yè)出版社， 2021 2 王炳健，劉上乾，周慧鑫等．基于平臺直方圖的紅外圖像自適應(yīng)增強算法．光子學報． 2021， 34(2)： 299～ 301 3 賀憲民，武建虎，賀佳．小樣本情況下差異表達基因鑒別的參數(shù)統(tǒng)計分析．中國衛(wèi)生統(tǒng)計． 2021， 22(3)： 141～ 145 4 徐同營，鵬定明，王衛(wèi)星 .改進的直方圖均衡算法 [J].兵工自動化． 2021， 25( 7) 5 曹聚亮，呂海寶，李冠章．基于自適應(yīng)局部灰度修正的直方圖均勻算法．紅外與激光工程． 2021， 33(5)： 513～ 515 6 周廣芬，李鵬，楊 久義．利用 MATLAB 圖像處理工具箱進行圖形數(shù)字化的研究．河北科技大學學報． 2021， 26（ 4） 7 杜金榮．病理技術(shù)的新進展．黑龍江醫(yī)學． 2021， 29(4)： 241 8 Milan Sonka， Vaclav Haclav， Roger Boyle．圖像處理分析與及其視覺．北京：人民郵電出版社． 2021 9 張錚，楊文平，石博強． MATLAB 程序設(shè)計與實例應(yīng)用．北京：中國鐵道出版． 2021 10 Gonzalez r c， Woods r e， Eddins s l．數(shù)字圖像處理 (MATLAB 版 )．北京：電子工 業(yè)出版社， 2021 11 楊詞銀，黃廉卿．基于冪函數(shù)的加權(quán)自適應(yīng)直方圖均衡．光電子 激光． 2021， 13(5):：515～ 517 12 PIZER S. Adaptive histogram equalization and its variations [J].Computer Vision, Graphics and Image Processing,1987, 39(3):355368. 13 羅述謙，周果宏．醫(yī)學圖像處理和分析．北京：科學出版社， 2021， 65～ 91 14 伍曉晨 等． MATLAB 工具箱應(yīng)用指南 —信息工程篇．北京：電子工業(yè)出版社． 2021：13～ 45 15 王曉單，吳崇明．基于 MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計 —圖像處理．西安：西安 電 子科技大學出版社． 2021， 145～ 190 16 R． DaleJones and T． Tjahjadi． A study and modification of local histogram equalization algorithm． Pattern Recognition． 1993． 26(9)， 13731381 17 David ，石教英等譯．計算機圖形學中的算法基礎(chǔ) (第 2版 )．北京：機械工業(yè)出版社． 2021 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 致 謝 首先，我要感謝我的導師胡正平老師，本課題是在胡老師悉心指導下完成的。我衷心地感謝胡正平老師這一學期給予我的教誨、啟迪和指導。胡老師有著嚴謹?shù)闹螌W風范，扎實的學術(shù)功底，敢于接受新思想，勇于創(chuàng)新，這都將使我終生受益。 其次，在課題期間，我還得到了 本專業(yè)幾位 同學的幫助， 他們 對 程序的編寫和 論文的修改提出了很好的建議，在此，向他 們 表示誠摯的謝意。 本文的完成離不開國內(nèi)外的技術(shù)資料，在此對所有參考文獻的作者、譯者 和出版單位表示真誠的感謝。 最后，向在學習、工作和生活中給予我關(guān)心、支持與鼓勵的所有老師、同學、朋友們表示最誠摯的謝意，感謝信息科學與工程學院電子與通信工程系全體老師辛勤培養(yǎng)和教誨！ 感謝各位評委在百忙中抽出寶貴時間認真閱讀本論文。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） I 附錄 1 燕 山 大 學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱： 灰度分布集中性抑制的自適 應(yīng)直方圖均衡增強算法研究 課題性質(zhì)： 模擬 學院（系）： 里仁學院 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 04 級 4 班 指導教師： 胡正平 學生姓名： 高月 08 年 3 月 31 日 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） II 一、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 現(xiàn)在圖像直方圖均衡增強受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。從 20 世紀 60 年代以來隨著計算機技術(shù)和 VLSI 的發(fā)展，這種處理技術(shù)就孕育而生了。醫(yī)院的CT、 X 光等醫(yī)學圖像是醫(yī)院進行醫(yī)學診斷的重要依據(jù)，如今許多醫(yī)院 對這些資料的管理依然為陳舊的手工方式，存在極大的管理難度和人力資源浪費。特別是醫(yī)師對拍片的診斷意見無法保留在原始的拍片上，因此對病人的病歷檔案存在不可彌補的缺陷。同時，有的拍片沒有達到標準要求的清晰度，往往造成重拍或診斷結(jié)果的不準確。根據(jù)醫(yī)院的上述需求，本系統(tǒng)實現(xiàn)了醫(yī)學圖像的計算機管理及輔助分析，具有良好的社會應(yīng)用價值。 圖像直方圖均衡在醫(yī)學的文檔儲存中發(fā)揮了重要的作用。圖像數(shù)字化存儲和管理、觀視與醫(yī)學圖像傳輸，已經(jīng)日益成為各級醫(yī)院，圖像處理設(shè)備升級的重要方面。因為這項工作不僅明顯降低成本，提高醫(yī)務(wù)效率、經(jīng)濟效益和輔助診斷，而且能解決檔案存儲與管理問題 ,實現(xiàn)信息資源共享，使醫(yī)院醫(yī)學圖像分析與存儲水平提高、手段更新，同時也為將來醫(yī)院影像信息聯(lián)網(wǎng)打下良好的基礎(chǔ)。 圖像處理在醫(yī)學領(lǐng)域有著重要的作用。圖像增強又是圖像處理中的重點，包括線性增強、自動增強、直方圖均衡、圖像平滑、圖像銳化。這些處理應(yīng)用的條件都是建立在灰度圖的基礎(chǔ)上的。在人眼的識別