论文总字数：18524字

目 录

1绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状与分析 2

1.3 本文的主要工作及内容安排 2

2图像增强 3

2.1 空间域图像增强 3

2.1.1 灰度变换 3

2.1.2 空间滤波器 5

2.2 频率域图像增强 7

2.2.1 DFT（离散傅里叶变换），IDFT（离散傅里叶逆变换）和滤波过程 8

2.2.2 滤波器 8

3直方图均衡化处理 9

3.1 利用灰度图像生成的直方图 9

3.2 直方图均衡化算法 10

3.3 直方图规定化 12

3.4 直方图均衡化处理的分析 13

4自适应直方图均衡化 13

4.1 局部直方图的均衡化 13

4.2 自适应直方图的均衡化 15

4.3 自适应直方图的均衡化的MATLAB仿真实验 16

总结与展望 21

致谢 22

参考文献 23

基于自适应直方图均衡化的图像增强技术研究

唐健峰

,China

Abstract：The purpose of image enhancement is to improve the visual effect of the image, highlight the details of the image, and suppress the characteristics of the irrelevant information. the image enhancement technique which is based on adaptive histogram equalization (AHE) is investigated in this paper. In order to further highlight the details of the image information, improved the traditional histogram equalization algorithm, the use of local histogram equalization processing. By calculating the local characteristics of different regions of the image, the image is divided into detailed area and common area. Enhance the detail in the detail area to enhance the detail. Based on MATLAB software platform, the design program is used to simulate the algorithm. The experimental results show that the algorithm can further enhance the detail of the image and make up the shortcomings of traditional histogram equalization.

Keywords: adaptive histogram equalization； image enhancement； contrast enhancement,;

1绪论

1.1 研究背景与意义

人主要是通过语言和图像传递信息，人们对信息的获取，很大的一部分是来自于视觉。图像传递过程中包含了很多步骤，但是由于各种原因，每一个部分都有可能导致图像的效果变的很糟糕，达不到我们的理想效果，使得我们对图像的读取和识别有着极大的困难，这就促进了图像增强的发展。比如说我们在采集图像的时候，因为环境的影响，光照太强或者太弱等原因使图像整体的光照不够均匀。又比如我们在获取图像的过程中因为外界因素的干扰，使图像加入了一些噪声，这些问题我们都可以利用数字图像增强的办法来改善图像的视觉效果，它在很多方面都有广泛的应用。比如在航空航天领域，在利用红外线等光线感应敌方的时候，我们增强感应的图像，使敌方的位置更加突出明显；在生物医学领域中，主要是在X射线的应用上，做B超，胸透等的图像可以利用图像增强，使医生能够更好的观察；在工业生产领域上，对于电路板等工件的检查，利用图像增强突出这些工件的一些重要位置，能够更方便的观察和检测；在公共安全领域上，我们使用的手机指纹检测就使用了增强处理，使指纹的特性更加的明显，这样手机对我们指纹的识别才更加有效。

我们经常因为各种环境原因导致拍摄的图像效果不佳都可以通过图像增强技术来进行处理，将图像中的各种信息按照我们的想法来进行处理，想要突出的地方进行突出，不需要的地方就进行弱化或者不处理，这样对图像增强的使用就能够更加便于我们对细节的观察，以此来达到我们的想要的视觉效果。

直方图均衡化的处理将集中的灰度级均匀的分布，这就让我们在处理一些比较亮或者比较暗的图像或者是那种过度的曝光和曝光不足的图像时候会想到利用直方图均衡化的方法。我们可以加强这些图像中的一些特性，弱化和去掉一些我们不需要的信息和噪声，通过这种处理，图像中我们所需要的信息能够更加突出，让我们更好的获取与分析。

但是我们在使用直方图均衡化的时候我们也发现一些缺陷，普通的直方图均衡化是全局的，它是对图像一个整体的处理，导致了灰度级减少，一些细节损失。为了弥补这些缺陷，这里我们就提出了自适应直方图的均衡化，其目的就是为了突出图像中我们所需要的细节，让这些细节更加明显，达到我们要求的理想效果，使我们更便于观察和分析。

（a）原始图像 （b）增强图像

图1.1 图像增强

1.2 国内外研究现状与分析

在上个世纪20年代的时候人们第一次用电缆将照片从英国传到美国，那时候图像增强的技术还不够成熟。随着光学和电子技术的不断发展，我们得到了不错的效果。现今图像增强主要是为了使图像能更方便我们的应用[^[1]]。

图像增强有两种方法：空间域增强以及频域增强。两种方法的主要差别是空间域增强采用的是直接对像素本身做处理，频域增强方法则是利用傅氏变换来对图像进行处理。直方图均衡化是图像增强中很基本很实用的一种方法，因为这种处理不仅能够增强整个图像的对比度，而且算法比较简单，得到图像的效果的很好，而且很好识别。

迄今为止利用对比度增强图像的方法有两种类型：其中之一就有间接对比度增强例如其中最常见的就是直方图的拉伸和直方图均衡化。现今对于直方图均衡化的研究主要是利用图像的直方图对对比度进行处理。这种处理就把灰度直方图进行了一种非线性的拉伸，改变了图像之前的像素值，使其从比较集中的灰度区间均匀的分布到所有灰度区间中。直方图均衡化具有明显的缺点，它是一种对整体图像的处理，所以它会增加噪声并且弱化一些我们所需要的细节。在直方图的高峰出，在进行均衡化的处理过后，对比度会过分的增强。

1.3 本文的主要工作及内容安排

这次的论文题目主要是对于自适应直方图均衡化的图像增强技术进行研究，这是对于普通直方图均衡化的一种改进。我们做出的实验结果也能够证明改进过后的直方图均衡化能够带给了我们更好的增强结果。

本文分为五章，具体如下：

第一章：绪论。具体介绍了图像增强和直方图均衡化的背景与意义，在这过程中就阐明了为什么要对本文课题自适应直方图均衡化图像增强技术进行研究与探讨。接着，又介绍了国内外研究图像增强和直方图均衡化的现状与分析，最后对本文的主要内容进行了介绍。

第二章：对图像增强进行介绍。图像增强的目的是改善图像的视觉效果，达到我们的要求，从而方便我们对图像的应用。图像增强技术分为两大类：频率域法和空间域法，在本章我们会简单的介绍几种常用的图像增强的办法

第三章: 对直方图均衡化进行介绍，直方图均衡化是一种常见的图像增强的办法，能够增强图像的对比度并且算法简单有效，操作起来也很方便。但直方图均衡化存在这一些缺陷，因为他是对整个图像的处理，所以存在着灰度级减少，有一部分我们所想要的细节损失掉了。

第四章：对本文的主题自适应直方图均衡化进行介绍，这个是本文主要探讨的内容。因为普通的直方图均衡化存在一些的缺陷，针对这些问题，我们想了一些办法改进了直方图均衡化。这就是我们提出的自适应直方图均衡化。能够在普通直方图均衡化的基础上再做加强处理，突出我们所需要的细节，让图像中的细节更加清晰。

2图像增强

2.1 空间域图像增强

空间域法的图像增强和频率域法的图像增强是图像增强的两种类型，首先我们就来分别介绍一下空间域法图像增强。[^[2]]

首先我们先介绍空间域法的图像增强，空间域法就是采用对图像中的像素点进行直接处理的方法，我们可以用下面的公式（2.1）表示[^[3]]：

（2.1）

代表的是最终的结果图像，代表的是最原始的图像，代表的是利用空域法的增强函数。不仅仅可以对一幅图像处理，而且可以对多幅图像进行处理。比如说利用对N幅图像进行处理来减少噪声。如图2.1是我们总结的使用空间域方法进行图像增强的三个步骤，这三个步骤执行后生成的图像就是我们变换过后的得到的结果图像。

空域法的图像增强分两种不同类型的操作，一种是点操作，就是对每一个单独的像素点都进行操作，并且这些操作都是独立的，两个单独的像素点的操作之间没有联系，例如灰度变换等简单变换（取反，线性变换，指数变换，对数变换，幂次变换）可以用点操作来进行。模板操作不是对单个点的单独操作，而是在操作过程中涉及到多个点的联系等。例如图像平滑和图像锐化就可以用模板操作来进行[^[4]]。

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