【正文】 法進行組合，盡量發(fā)揮每種方法的優(yōu)勢。這就需要我們不斷的嘗試了。一般灰度圖像只 包含亮度信息而不包含彩色信息。 灰度直方圖 灰度直方圖 描述了圖片的灰度級信息，它是灰度級的函數(shù)，它表示圖像中包含某種灰度級的像素的個數(shù)，反映了圖像中某種灰度出現(xiàn)的頻率。 灰度直方圖的性質(zhì)如下： 1) 只反映圖像中像素不同灰度值出現(xiàn)的次數(shù)（或頻數(shù)） 卻不能 顯示 像素所在位置 。 3) 與圖像之間的關系是多對一的映射關系。 圖 lenna 原圖及其直方圖 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 5 圖 雙峰直方圖 灰度直方圖的用途如下： 1) 用來判斷圖像量化是否恰當 一般情況下，如果圖像的亮度超過了數(shù)字化器能處理的范圍的話，這些像素的灰度級會被 置 0 或者 255，這樣直方圖的一端或兩端就會出現(xiàn)尖峰。 2) 選擇邊界閾值 在一幅圖像中如果有明顯的深色和淺色，深色的灰度級一般集中在灰度直方圖左邊，而淺色的灰度級都集中在直方圖的右邊，這樣就行成了兩個波峰，圖像中深淺相交的地方灰度級的數(shù)目較少，這樣就行成了波谷，這一類圖像如圖 22 所示： 一般情況下我們會選取兩個波峰之間的最低點的灰度級作為閾值是比較適合的，因為直方圖是面積函數(shù)的導數(shù)的負值，所以在兩峰之間最低點直方圖的面積是最小的，這就說明了面積函數(shù)隨著閾值灰度級變化時是很緩慢 的。另外一種可以從圖像的直方圖直接計算的量就是綜合光密度。 H(k)代表灰度級為 k時 所對應的像素的個數(shù)。 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 6 直方圖均衡化 直方圖均衡化 就是 通過灰度變換將一幅圖象轉(zhuǎn)換為另一幅具有均衡直方圖，即在每個 灰度級上都具有相同的象素點數(shù)的過程。通過這種方法，亮度可以更好地在直方圖上分布。 直方圖均衡化是 以累計分布函數(shù)為基礎 的 ,其變換函數(shù) 有 圖像灰度直方圖的累積分布函數(shù) 決定 。直方圖均衡化處理是修改圖像直方圖 ,它通過對直方圖進行均衡化修正 ,可 以 使圖像的灰度間距增大或灰度均 勻分布 ,增大反差 ,從而 使圖像的細節(jié)變得清晰 。 至今 已有很多直方圖均衡化的改進算法 ,都 是 在一定程度上對直方圖均衡化 算法 的缺點 進行 改善 ,比如 ,基于冪函數(shù)的加權(quán)自適應直方圖均衡化 、 平臺直方圖均衡化等 。 具體過程如下 ： 先定義一個鄰域 ， 鄰域通常取為矩形區(qū)域 ， 大小為 WW? (W 為奇數(shù) )。 在每一個位置上 ， 先在定義的鄰域內(nèi)計算灰度直方圖 ， 然后利用這一直方圖來獲得關于直方圖均衡化的灰度變換函數(shù) 。 接下來將鄰域的中心移到相鄰的像素并重復以上過程 [5]。 空域增強方法可以表示 為 ： ( , ) [ ( , )]g x y T f x y? （ 22） 其中 f ( x , y )和 ( , )gxy 是 增強前后的圖像， T 就表示 增強操作。 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 7 頻域法 頻域法是利用圖像變換方法 把 原 本 的圖像空間中的圖像轉(zhuǎn)換到其他 的空間中，然后利用該空間的特性 進行圖像處理，最后再轉(zhuǎn)換回原來的圖像空 間中，得到處理后的圖像。 其中，頻域變換可以是傅立葉變換、小波變換、 DCT 變換、 Walsh 變換等 。改善這些圖像質(zhì)量可以采用灰度變換方法，通過擴展圖像范圍達到圖像增強的目的。如果檢查表明規(guī)定的灰度分級沒有得到充分利用， 就 可 以 用線性灰度變換 方法 來解決。 圖像進行線性變換后 ，圖像亮度分量的線性范圍從 就 [a,b]變化 到 [c,d]，如圖 24 所示。進行變換時，把 0~255 整個灰度值區(qū)間分為若干線段，每一個直線段都對應一個局部的線性變換關系。公式如下： ? ?? ?( , ) 0 ( , )( , ) ( , ) ( , )( , ) ( , )g ffcf x y f x y aadcg x y f x y a c a f x y bbaMdf x y b d b f x y MMb?????????????????????????????? ? ???? ?? ? ? ??? ??? ??? ? ? ?? ? ??? ???????? ? ??? ?? ? ? ?????? (25) 非線性變換 很多情況下，線性灰度變換法無法達到圖像處理的要求， 就 需要采取非線性變換 了 ，對于圖像中的不同灰度進行不同的處理。 1) 對數(shù)變換 對數(shù)變換， 指 的是 輸出 圖像的像素點的灰度值與 輸入圖像的 對應的像素灰度值之間為 對數(shù)關系， 公式 如 (26)： ln [ ( , ) 1 ]g ( , ) lnf x yx y a bc ?? ? ??? (26) 其中 a、 b、 c 都是可 變 的參數(shù)，其中 ( , ) 1f x y ? 是為了避免對 0 求對數(shù)，確 圖 24 線性變換 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 9 保 ln[ ( , ) 1] 0f x y ??。對數(shù)變換擴展了低灰度區(qū) 間 ，壓縮了高灰度區(qū)，使低灰度區(qū)的圖像 更 清晰地顯示。 該方法適用于 對圖像的高灰度區(qū) 進行 擴展，適于過亮的圖像。 不難發(fā)現(xiàn) ，在進行對數(shù)變換后，圖像的高光部分 被擴展了 ，相對壓縮了其暗調(diào)部分；指數(shù)變換則與對 數(shù)變換相反，它擴展了圖像的暗調(diào)部分，壓縮了高光部分。 圖 26 對數(shù)變換和指數(shù)變換 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 10 圖 28 不同的 b 得到不同的二次函數(shù) 3) 二次函數(shù)變換 二次函數(shù)變換可根據(jù)圖像的統(tǒng)計特性，自動分辨出 圖 像需要擴展的是低灰度區(qū)，還是高灰度區(qū)，然后調(diào)整其參數(shù)．使得函數(shù)的性質(zhì) (包括凹凸性 )符合要求。兩個定點 ( , ) 0f x y ? 時， ( , ) 0g x y ? ； ( , ) 255f x y ? 時，( , ) 255g x y ? ， a， b， c 三個參數(shù)之間存在相關性。根據(jù)圖像的統(tǒng)計特性，合理的控制 b。 顯然 ，二次函數(shù)曲線族中最大曲率為 2，而且還是在 ( , ) 0f x y ? ， ( , ) 0g x y ? 時到達這個極值，它是一種比較溫和的變換方法。 4) Gamma 變換 Gamma 變換 也是一種常用的 非線性變換方法，很多顯示設備中就使用了這種變換，用 來 改善輸出圖像的視覺效果。函數(shù)形式如下： ( , ) 2 5 5 ( )255 g a m m axg x y ?? (210) 控制 Gamma 的變化，就 能控制 函數(shù)曲線的變化，曲線族如圖 210所示 當 gammal 時，函數(shù)上 凸 ， 跟 指數(shù)變化 類似 ，即將低 灰 度區(qū)壓縮，高 灰 度區(qū)擴展；當 ganunal 時，函數(shù)下凹， 跟 對數(shù)變換 類似 ，即將低灰度區(qū)擴展，高灰度區(qū)壓縮；當 gamma=l 時，函 數(shù) ( , ) ( , )g x y f x y? ，即 沒有將圖像做任何處理。這種情 況下，通常采用如圖211 所示的“ S” 形曲線來模擬人眼的局部適應性，以使得圖像的亮度分布相對均勻。 kn 表示圖中灰度級 為 kr 的像素的個數(shù)， ()kpr 示灰度級 kr 出現(xiàn)的概率。 第三步，根據(jù)灰度變換表，將原圖像 的 各灰度級映射為新的灰度級， 就 完成 了直方圖均衡化。具體過程如下： 先定義一個鄰域，鄰域通常取為矩形區(qū)域，大小為 W W(W 為奇數(shù) )。在每一個位置上，先在定義的鄰域內(nèi)計算灰度直方圖，然后利用這一直方圖來獲得關于直方圖均衡化的灰度變換函數(shù)。接下來將鄰域的中心移到相鄰的像素并重復以上過程。 根據(jù)公式 (214)對每個像素 (, )xy 計算以它為中心的矩形區(qū)域內(nèi)的直方圖： 2() krk npr W? (214) 其中 kn 表示矩形區(qū)域中灰度級 kr 出現(xiàn)的像素的個數(shù)。 該方法只有一個參數(shù)即矩形區(qū)域的大 W，應用時要選擇合適的窗口大小，關于選擇窗口的大小的一般原則是：小窗口更能增強圖像的局部細節(jié)信息，大窗口使整幅圖像看起來效果更好?；瑒哟翱诘拇笮?，要依據(jù)特定的圖像來確定。正如能包治百病的藥是不存在的，對任意一幅圖像都適用的方法也是不存在的。 灰度變換方法 優(yōu)點 缺點 線性變換 該方法比較簡單，對于對比度比較低的圖像效果比較好 當原圖像 被占用的灰度級別個數(shù)較多時；或者圖像所占用的灰度級別范圍邊界處的灰度級別出現(xiàn)頻率較小時，都會出現(xiàn)較差的效果。 直方圖均衡化 該算法是對整個圖像進行處理，適用于整體較暗 ,并且圖中沒有亮點的圖像 具體增強效果不易控制，增強目標的同時，會降低圖像的分辨率，使一些細節(jié)模糊；還會出現(xiàn)簡并現(xiàn)象。 本章小結(jié) 本章詳細講解了圖像灰度 變換的概念和基本原理，并對一些常用的方法進行了解和對比分析。 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 16 3 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 開發(fā)環(huán)境簡述 CCS 簡介 CCS是 TI 公司針對 TMS320 系列設計的集成開發(fā)環(huán)境 ,該軟件在 Windows操作系統(tǒng)下工作，采用圖形接口界面，并可提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等功能。 CCS 的開發(fā)系統(tǒng)主要由以下組件構(gòu)成： TMS320C54x 集成代碼產(chǎn)生工具； CCS集成開發(fā)環(huán)境； DSP/BIOS 實時內(nèi)核插件及其應用程序接口 API；實時數(shù)據(jù)交換的RTDX 插件以及相應的程序接口 API； 由 TI 公司以外的第三方提供的各種應用模塊插件。在生成目標程序和程序庫的過程中，建立不同程序的跟蹤信息，通過跟蹤信息對不同的程序進行分類管理； 基本調(diào)試工具具有裝入執(zhí)行代碼、查看寄存器、存儲器、反匯編、變量窗口等功 能，并支持 C 源代碼級調(diào)試； 斷點工具，能在調(diào)試程序的過程中，完成硬件斷點、軟件斷點和條件斷點的設置；探測點工具，可用于算法的仿真，數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視等；分析工具，包括模擬器和仿真器分析，可用于模擬和監(jiān)視硬件的功能、評價代碼執(zhí)行的時鐘； 數(shù)據(jù)的圖形顯示工具，可以將運算結(jié)果用圖形顯示 ,包括顯示時域 /頻域波形、眼圖、星座圖、圖像等，并能進行自動刷新；提供 GEL 工具。 安裝 TDS510 DSP 仿真器，需要安裝兩個部分：仿真器的 Windows 驅(qū)動程序（ USB 口驅(qū)動程序）和仿真器驅(qū)動程序。 設置 CCS 設置 CCS 就是建立與用戶的目標板或仿真器之間的通信。 設置 CCS 工作在軟件仿真環(huán)境。但是一般軟件無法構(gòu)造 DSP 的外設，所以軟件仿真 只能 用于調(diào)試純軟件的算法和進行效率分析等。 基于 DM642 平臺的圖像灰度變換方法研究與實現(xiàn) 18 基于 DM642 平臺的灰度變換 灰度線性變換的基本原理 一般成像 系統(tǒng)只具有一定的亮度范圍，亮度的最大值與最小值之比稱為對比度?；叶茸儞Q法又可分為三種：線性、分段線性及非線性變換。它是將原圖中的灰度 ? ?,f xy 經(jīng)過一個變換函數(shù) g=T[ f ] 轉(zhuǎn)化成一個新的灰度? ?,gxy , 灰度變換過程表達式 如下 ： ? ? ? ?,g x y T f x y? ???? （ 31） 其中， f(x, y)為原始輸入圖像， g(x, y)為增強處理后的輸出圖像， T 稱為灰度級變換函數(shù)，它將 (x, y)點的像素值 f(x, y)映射 成 g(x, y)。 在曝光不足或過度的情況下，圖像灰度可能會局限在一個很小的范圍內(nèi)。采用線性變換對圖像每一個像素灰度作線性拉伸，可有效地改善圖像視覺效果。如果 1NMnm? ??，將會使圖像經(jīng)過線性灰度變換后的灰度范圍增大；如果 1NMnm? ??，則線性灰度