Computational Photography final project-

Histogram Equalization

Student: 沈軒緯Student ID: 601415127

Outline前言Histogram Equalization

Histogram Equalization 簡介Local Histogram EqualizationHE with noise filterFlow chart

執行環境作業環境Qt 介紹介面說明

應用Demo 影片reference

前言Histogram Equalization是 (HE)一種用來增強圖片對比度的方法，藉由將原本集中在小範圍的機率函數 (PDF)分布到大範圍 RGB24就是 8bit)來增加圖片的對比度

Histogram Equalization 簡介 -1

Pixle value(PV)

個數

fig(1)為在霧的環境下拍攝之相片 (Histogram分佈狹小 )，fig(2)為 fig(1)的灰階 Histogram統計結果可得知 fig(1)的灰階數值大多分佈在 70至 100之間，對比度不高，整張圖片霧濛濛的

fig(1)fig(2)

Histogram Equalization 簡介 -2 fig(3)為 fig(1)經由 Histogram Equalization運算後，擴大數值分佈範圍的結果。 fig(4)為 fig(3)的灰階 Histogram統計結果，可看出 Pixle value的分布範圍變大，圖片的整體對比度增加，圖片變得更明亮

fig(3)

fig(4)Pixle value(PV)

個數

Local Histogram EqualizationHistogram Equalization對於本來整體數值分佈範圍較大的圖形效果較差，如果對整張圖做，也沒辦法處理僅部分增強對比度的 case

對於這種 case可以使用 Local的方法做 HE，即把輸入圖形切成多個小區域，對所有區域或部分區域分別做 HE，如此區域內的對比度會比直接對整張圖做更高，缺點是區域間會有接縫

Local Histogram Equalization

原圖 GlobalHE

Local HEBlock 10x10

Local HEBlock 30x30

Noise 因為 HE 在運算的時候不會考慮分類資訊，因此如果

圖像中有雜訊 HE 也會增加雜訊的對比度，造成增強圖片對比度的同時連雜訊也一併增強，如右圖

原圖 經 HE 處理

HE with noise filter為了解決這個問題，我使用 noise filter 來改善 HE ，先做去

除雜訊後再做 HE ，如此一來在增加對比度的同時不會增強雜訊，在比較 median,mean,gaussian filter 後，我選擇效果最好的 median filter 來去除雜訊，可以看出結果在增強對比度的同時不會增強雜訊，不過相對的細節部分會較不清楚

HE HE with noise filter

Flow chart

Histogram 統計(計算Pixle value(PV) 0~255bit()各自的出

現次數)

影像輸入

統計各個PV的出現機率P(i)計算 p 的累計機率函數C(i)

HE

with Noise filter with Local region

255)()(

)()()(_

minmax

min

icic

iciciPVOut

255)()(

)()()(_

minmax

min

icic

iciciPVOut 255

)()(

)()()(_

minmax

min

icic

iciciPVOut

HE with Noise Filter Local HE

作業環境Development:

作業環境 - Linux Ubuntu 12.04.3 使用的相關工具名稱 -qt4External library:

Graphical and UI user interface: QT 4.8.2

Introduction to Qt Useful C++ class library

QtGui (GUI library) QtMultimedia (Multimedia moulde) QtNetwork (HTTP, FTP and lower level protocol support) QtOpenGL (OpenGL, OpenGL ES) QtScript (ECMA standard script engine) QtWebkit (Web browser engine) QtXml (XML reader and parser)

How to use Qt Write your program qmake

qmake –project Generate *.pro file (Qt 的專案檔 )

qmake Generate Makefile

make Build your program

在資料夾內已有”makefile”及執行檔” final_UI”輸入”make”即可編譯，或可直接執行” final_UI”

程式執行介面說明Load image: 選擇要處理的圖片 ( 需為 bmp 檔 , 大

小 <1024*1024)

Dispalay:圖片會顯示在這裡

Hist_eq: 讀取圖片後按下此鍵會執行Histogram Equalization 並將結果顯示在 Display

he_local: 讀取圖片並調整區塊大小 ( 藉由拉霸 ) 後按下此鍵會執行local Histogram Equalization 並將結果顯示在 Display

拉霸：調整 local Histogram Equalizaton 的區間大小用如值 =16: 每個區塊大小事local he 的每個區塊大小事16x16 個 pixle

he_with median filter: 執行 HE with noise filter並將結果顯示在 Display

應用Histogram Equalization處理拍攝環境不佳導致模糊的圖像 (ex:霧 ,沙塵暴 ,夜間…等等 )非常有用

另外Histogram Equalization也可利用在醫學影像的分析方面，尤其是可以帶來 X光圖像中更好的骨骼結構顯示以及曝光過度或者曝光不足照片中更好的細節

實際應用範例 - 提高彩度fig(5)為彩色相片，相片整體偏紅棕色， fig(6)為 fig(5)經過Histogram Equalization的處理結果，可看出 fig(6)的色彩較為真實 (ex:膚色 )

Histogram Equalization也可用來提高圖片的彩度

fig(5) fig(6)

實際應用範例 - 胸腔 x 光左圖為原始之胸腔 X 光圖，右圖為經 HE 處理過的圖，

可看出經 HE 處理後胸腔 X 光的圖像更清晰，可幫助醫生更準確的判斷病人的病情

原圖 HE HE with noise filter

實際應用範例 - 沙塵暴左圖為原始之沙塵暴場景拍攝圖，右圖為經 HE 處理

過的圖，可看出經 HE 處理後原本因沙塵暴而整張照片呈現一片黃濛濛的圖片變得清晰

原圖 經 HE 處理

Demo 影片http://www.youtube.com/watch?v=6dVREBhP

MHg

連結

ReferenceR. A. Hummel  "Image enhancement by

histogram transformation",  Computer Graphics and Image Processing

Regionally Adaptive Histogram Equalization of the Chest ROBERT H. SHERRIER AND G. A. JOHNSON

http://www.generation5.org/content/2004/histogramEqualization.asp

http://fourier.eng.hmc.edu/e161/lectures/contrast_transform/node2.html

End of report !

Thank you for your participation !