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直方图均衡化—理论篇

直方图均衡化—理论篇

作者: 写程序的小火箭 | 来源:发表于2020-08-26 21:32 被阅读0次

直方图均衡化--理论篇

直方图均衡化是数字图像处理中,最基本的一种处理。直方图均衡计算简单,并且适合快速的硬件实现。

连续函数

灰度转化函数T(r)

假设灰度值是连续的,令变量r表示待处理图像的灰度。假设r的值域是[0,1], r=0表示黑色, r=1表示白色。

s=T(r), 0 <= r <= 1

均衡化变化后的灰度值为s,则可以得到r->s的变化函数T(r):

(a)T(r)在区间 0 <= r <= 1是一个严格单调递增函数
(b)对于0 <= r <= L-1,有0 <= r <= 1

均衡化函数推导

r->s概率密度转换.png
图像灰度可视为(0,L-1)内的一个随机变量,令和表示两幅不同图像中的灰度值r和s的PDF(概率密度函数)。因为s、r可微,且其图像面积为1,则有如下积分式成立。

\int_0^{L-1}p_s(s)ds=\int_0^{L-1}p_r(r)dr---(1)
通过(1)式可以推导出:

p_s(s)=p_r(r) |\frac{dr}{ds}|---(2)
同时,我们再引入分布函数CDF的一个重要公式

s=T(r)=\int_0^rp_r(r)dr---(3)
由式子(3)又可以推导出

ds=p_r(r)dr---(4)
将式子(4)和式子(2)中可以得到
p_s(s)=1

通过上述推导我们能够得到以下结论:
a).无论输入密度函数p_r(r)分布情况如何,输出概率密度函数
p_s(s)=1
b).输出灰度值,可通过积分计算s=T(r)=\int_0^rp_r(r)dr

推广到离散场景

离散点的密度函数有:

p_r(r_k)=\frac{n_k}{n}, k=0,1,2,3....
则输出灰度有:

s_k=T(r_k)=\sum_{j=0}^{k}{p_r(r_j)}=\sum_{j=0}^{k}\frac{n_j}{n},k=0,1,2,3......

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