Гамма-коррекцию полутонового изображения. Реализовать с помощью LUT (Look-Up-Table)

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ        2

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ        3

2. ТАБЛИЧНЫЙ МЕТОД ИЗМЕНЕНИЯ ЯРКОСТИ        4

3. АЛГОРИТМ ИЗМЕНЕНИЯ ЯРКОСТИ ТАБЛИЧНЫМ МЕТОДОМ        5

4. РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ        6

5.ТЕСТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА        7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        12

ЛИТЕРАТУРА        13

ПРИЛОЖЕНИЕ А        14

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Для выполнения контрольной работы по курсу «Методы и алгоритмы обработки изображений» необходимо выполнить:

Гамма-коррекцию полутонового изображения. Реализовать с помощью LUT (Look-Up-Table).

2. ТАБЛИЧНЫЙ МЕТОД ИЗМЕНЕНИЯ ЯРКОСТИ

В преобразованиях точечного типа яркость пикселя меняется согласно некоторой формуле, одинаковой для всех пикселей изображения. Пусть размер изображения равен NxN, где N >> 256. При нелинейных изменениях яркости значений потребуется N2 раз вычислить новые значения пикселей.

От этих недостатков избавлен табличный метод замены яркости (Look-Up Table – LUT). Его суть состоит в том, что предварительно вычисляются значения функции изменения яркости f(x) для всех x от 0 до 255 и создается таблица новых значений y = f(x) (табл. 1). Затем яркость меняется в соответствии с этой таблицей, при этом исходная яркость x используется как индекс в полученной таблице, а y – как новое значение яркости.

Таблица 1

[pic 1]

Если исходное изображение имеет диапазон яркостей [0, ..., 255], то таблица LUT состоит из 256 элементов.

Новые значения яркости при таком подходе вычисляются 256 раз при формировании таблицы. Если вычислять ее по формуле для каждого пикселя, то потребуется N2 вычислений, где N может равняться нескольким тысячам. Поэтому табличное изменение яркости является очень быстрым.

3. АЛГОРИТМ ИЗМЕНЕНИЯ ЯРКОСТИ ТАБЛИЧНЫМ МЕТОДОМ

В практической части необходимо составить алгоритм для выполнения коррекции яркости цифрового изображения. Гамма-коррекцию реализовать с помощью метода LUT (Look-Up-Table).

Данный алгоритм состоит из следующих этапов:

1. Необходимо использовать массив для редактирования данных изображения и возврата отредактированных данных обратно;

2. Проинициализировать буферный массив, который будет содержать все данные изображения;

3. Копировать данные первоначального изображения в буферный массив;

4. Пройтись по каждому пикселю с шагом n = 3 (i += 3);

5. Вычислить коэффициент для каждого пикселя;

6. Вычислить новое значение для каждого канала;

7. Передать полученное изображение изображение в picturebox.

Вычисление нового значения яркости происходит при использовании степенной функции вида:

I = 255 * (I / 255)γ, где I – значение яркости с диапазоном яркости от 0 до 255, γ – показатель гамма-коррекции.

4. РАЗРАБОТКА ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение будет разработано на языке программирования c#. Для этого необходимо создать проект Windows Forms в Visual Studio.

На форме у нас будет располагаться меню для загрузки изображения, элемент для ввода значения гаммы и кнопка для применения указанного значения, PictureBox для вывода результата (рис 3.1).

[pic 2]

Рисунок 3.1. Макет формы для приложения.

Для кнопки и menuStrip необходимо задать обработку событий на нажатие и передавать параметры в алгоритм. Реализованный алгоритм гамма-коррекции изображения расположен в Приложении А.

5.ТЕСТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА

Воспользуемся приложением и проверим его работоспособность на изображениях формата png, bmp, jpg, jpeg для двух значений гаммы. В случае, когда этот параметр меньше единицы, улучшается распознавание деталей на слабо освещённых участках. Повышение показателя гамма-коррекции позволяет повысить контрастность, разборчивость тёмных участков изображения, не делая при этом чрезмерно контрастными или яркими светлые детали снимка.