【OpenCV 完整例程】40. 图像分段线性灰度变换
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分段线性变换函数可以增强图像各部分的反差，增强感兴趣的灰度区间、抑制不感兴趣的灰度级。
分段线性函数的优点是可以根据需要拉伸特征物的灰度细节，一些重要的变换只能用分段函数来描述和实现，缺点则是参数较多不容易确定。
分段线性函数通用公式如下：
D
t
=
{
c
a
D
,
0
≤
D
<
a
d
?
c
b
?
a
[
D
?
a
]
+
c
,
a
≤
D
≤
b
f
?
d
e
?
b
[
D
?
a
]
+
d
,
b
<
D
≤
e
Dt = \begin{cases} \dfrac{c}{a} D &, 0 \leq D < a\\ \dfrac{d-c}{b-a}[D-a]+c &, a \leq D \leq b\\ \dfrac{f-d}{e-b}[D-a]+d &, b < D \leq e\\ \end{cases}
Dt=????????????ac?Db?ad?c?[D?a]+ce?bf?d?[D?a]+d?,0≤D<a,a≤D≤b,b<D≤e?
式中，D 为原始图像的灰度值，Dt 为线性灰度变换后的图像灰度值。
例程：1.50 分段线性灰度变换（对比度拉伸）
对比度拉伸可以扩展图像中的灰度级范围，从而覆盖设备的理想灰度范围。
对比度拉伸变换函数可以有不同的实现方案，如将原始灰度范围拉伸到较宽的灰度范围；或将原始灰度范围拉伸到全域灰度范围（0，255）；或将原始灰度范围拉伸到较宽的灰度范围，同时对下限或上限进行截断处理。
本例程令 (r1, s1) = (rMin, 0)、(r2, s2) = (rmax, L-1)，其中 rMin、rMax 表示图像中最小灰度值和最大灰度值，将原始图像的灰度级分段线性拉伸到整个范围 [0, L-1]。运行结果的左图显示本例程的拉伸变换曲线。
# 1.50 分段线性灰度变换 (对比度拉伸)
imgGray = cv2.imread("../images/Fig0310b.tif", flags=0) # flags=0 读取为灰度图像
height, width = imgGray.shape[:2] # 图片的高度和宽度
# constrast stretch, (r1,s1)=(rMin,0), (r2,s2)=(rMax,255)
rMin = imgGray.min() # 原始图像灰度的最小值
rMax = imgGray.max() # 原始图像灰度的最大值
r1, s1 = rMin, 0 # (x1,y1)
r2, s2 = rMax, 255 # (x2,y2)
imgStretch = np.empty((width, height), np.uint8) # 创建空白数组
k1 = s1 / r1 # imgGray[h,w] < r1:
k2 = (s2-s1) / (r2-r1) # r1 <= imgGray[h,w] <= r2
k3 = (255-s2) / (255-r2) # imgGray[h,w] > r2
for h in range(height):
for w in range(width):
if imgGray[h,w] < r1:
imgStretch[h,w] = k1 * imgGray[h,w]
elif r1 <= imgGray[h,w] <= r2:
imgStretch[h,w] = k2 * (imgGray[h,w] - r1) + s1
elif imgGray[h,w] > r2:
imgStretch[h,w] = k3 * (imgGray[h,w] - r2) + s2
plt.figure(figsize=(10,3.5))
plt.subplots_adjust(left=0.2, bottom=0.2, right=0.9, top=0.8, wspace=0.1, hspace=0.1)
plt.subplot(131), plt.title("s=T(r)")
x = [0, 96, 182, 255]
y = [0, 30, 220, 255]
plt.plot(x, y)
plt.axis([0,256,0,256])
plt.text(105, 25, "(r1,s1)", fontsize=10)
plt.text(120, 215, "(r2,s2)", fontsize=10)
plt.xlabel("r, Input value")
plt.ylabel("s, Output value")
plt.subplot(132), plt.imshow(imgGray, cmap='gray', vmin=0, vmax=255), plt.title("Original"), plt.axis('off')
plt.subplot(133), plt.imshow(imgStretch, cmap='gray', vmin=0, vmax=255), plt.title("Stretch"), plt.axis('off')
plt.show()
（本节完）
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youcans@xupt 原创作品，转载必须标注原文链接
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Crated：2021-11-22
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