Детерминистские методы

Методы повышения контраста.

Улучшение качества телевизионного изображения.

Обработка сигнала с целью улучшения качества изображений обычно следует непосредственно за формированием видеосигнала. Это важная ступень обработки, методика и объем которой определяются задачами анализа изображений. Отправной точкой для выбора подходящей методики служит обеспечение такого качества изображения, при котором сохраняется информация, необходимая для его анализа. В этом смысле актуальна проблема количественной меры качества изображения.

Среди прочего большое значение имеют два аспекта качества изображений:

- достоверность изображения – соответствие формируемого соотношения истинному;

- дешифрируемость изображения – возможность выделения из изображения необходимой информации.

Интерпретируемость изображения, с одной стороны, зависит от физических параметров (отношение сигнал/шум, контраст, контрастная разрешающая способность, качество воспроизведения текстурных фрагментов и др.), а с другой – она определяется семантическими аспектами и квалификацией наблюдателя при визуальном контроле изображений. Одной из получающих все большее распространение психофизиологических методик является так называемый ROC-анализ (receiver operating characteristic analysis). При этом изображения оцениваются по возможности распознавания объектов или их изменения с помощью таблиц; часто с помощью 1...6 кодовых оценок степеней надежности распознавания. Например:

Код	Значение	Код	Значение
	Определенно отсутствует		Возможно, присутствует
	Наверное, отсутствует		Наверное, присутствует
	Возможно, отсутствует		Определенно присутствует

Эти данные затем обрабатываются с помощью решающей матрицы:

Наличие объекта	Распознает ли наблюдатель объект?
Да	Нет
Содержится ли объект в изображении?	Да	верно, позитивно	неверно, негативно
Нет	неверно, позитивно	верно, негативно

Методы повышения контраста основаны на поэлементных операциях в тех случаях, если:

• должны быть выровнены нелинейности амплитудных характеристик отдельных узлов или всей системы;

• возникает необходимость представления деталей изображения на определенном участке динамического диапазона (градаций)
яркости.

Типичными нелинейными элементами системы являются фотоэмульсии, оптико-электронные и электронно-оптические преобразователи.

Изменение контраста может распространяться на полный динамический диапазон яркости или же только на его часть. На следующих диаграммах буквой обозначен отображаемый динамический диапазон, а буквой – сила света воспроизводящего экрана или интенсивность черноты печатного изображения. На рис.3 представлены:

А) Линейная зависимость для любого элемента изображения.

B) Логарифмическое преобразование контраста , дающее следующие эффекты:

- линеаризацию градаций по оптической плотности;

- увеличение контраста при малых и его компрессия при боль­ших яркостях:

- согласование изображений со зрительной системой человека;

- улучшение равномерности распределения градаций серого;

- поддержание постоянного отношения сигнал/шум (шумы квантования).

C) Расширение контраста посредством преобразования ли­нейной градационной шкалы (1) в кусочно-линейную (2).

Если динамический диапазон камеры или дисплея не использу­ется полностью (1) (например, в качестве изображения применен недоэкспонированный фотоматериал или необходимо определенные градации яркости воспроизвести с повышенным контрастом), может быть применено линейное преобразование градационной шкалы

. (5)

Это соотношение отображает преобразование области градаций на интервале яркостей .

Вычитание нежелательного «фона» на изображении в соответствии с алгоритмом:

если ;

в остальных случаях.

Рис.3. Градационные характеристики.

Заключительное преобразование согласно (5) расширяет область контрастирования для избранного диапазона.

«Скорость» возрастания функции преобразования в окрестнос­ти градации серого дает меру изменения контраста:

– увеличение контраста;

– сохранение контраста; (6)

– компрессия контраста.

Из равенства (6) вытекает кусочно-линейное преобразование градаций серого (кривая 2 на рис. 3, С):

(7)

Пример для пояснения равенства (7):

Пусть границы динамического диапазона . Тогда

Параметры часто подбираются интерактив­но с использованием гистограмм,например путем выбора порогов между гистограммами распределения яркостей фона и объекта.

D) Контрастирование с многократным перекрытием (как и Н).

E) Эквидистантное квантование, так называемое «quick look»,
для ориентировочной оценки изображений.

F, G, Н) Визуальное представление с двумя градациями для выделения поверхностей объектов при:

F) – бинаризации пороговой величиной;

G)– бинаризации окном;

H)– бинаризации «битовым слоем», т.н. Bitslicing для ИКМ-кодированных градаций (например, 8 градаций), при которой избранный номер «бита» определяет, будет элемент изображения воспроизводиться черным или белым; в зависимости от номера «бита» определенные градации визуализируются. Младшие «биты» вно­сят составляющую шума; такое представление может применять­ся для оценки качества амплитудного разрешения считывающего устройства.

Заметим, что Е, F, G часто используют как средство сегмента­ции изображений.

I) Квадратичное преобразование реализует растяжку верхней области динамического диапазона изображения.