7、图像点操作技术全解析

图像点操作技术全解析

1. 单图像点操作

1.1 点操作基础

点操作是图像处理中最简单的一类操作，其输出像素值仅取决于输入图像的对应像素值，可表示为 (Q[x, y] = f(I[x, y]))，其中 (f) 是任意函数。从硬件实现角度看，点操作可在任何处理模式下轻松实现，可采用流式处理，也能并行处理。它在对比度增强、分割、颜色过滤等方面有广泛应用。若后续成像操作需要随机访问像素，可将实现点操作的硬件块置于源和后续操作之间。

1.2 对比度和亮度调整

• 亮度调整 ：通过添加或减去一个常数来增加或降低图像亮度。但由于人类视觉系统的非线性，实际调整亮度比这更复杂。
• 对比度调整 ：映射函数的斜率影响图像对比度，斜率大于 1 增加对比度，小于 1 降低对比度，可通过乘以相应常数实现。
• 综合调整公式 ：(Q = aI + b = a(I + b’))，其中 (a) 和 (b) 控制亮度和对比度。当 (Q) 值超出可表示范围时，可采用饱和或裁剪输出的方式，裁剪操作不可逆。可通过在输入或输出端进行裁剪测试来优化性能，还可利用硬件特性进一步简化电路。
• 常见对比度增强方法 ：从输入图像的最小和最大值推导增益和偏移，拉伸像素值以最大化对比度。若传递函数斜率为负，可实现对比度反转。非线性映射也可应用于亮度和对比度调整，如伽马变换 (Q_N = I_N^{\gamma})，可补偿成像系统中的非线性。

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