积分直方图(Integral Histog…

本文介绍了积分图像和积分直方图的概念及其计算方法。积分图像是一种快速计算图像矩形区域灰度值之和的技术;积分直方图则在此基础上进一步实现了图像矩形区域内像素直方图的高效统计。

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    积分直方图是有Fatih Porikli在CVPR-2005《Integral Histogram: A Fast Way to Extract Histograms in Cartesian Spaces》的论文中提到的。
    在介绍积分直方图之前,先介绍下积分图像,积分图像是P.Viola and M.Jones "Robust real-time face detection " (ICCV 2001)中提到的。

一、积分图像
    对于一幅灰度的图像,积分图像中的任意一点(x,y)的值是指从图像的左上角到这个点的所构成的矩形区域内所有的点的灰度值之和:
[转载]积分直方图(Integral <wbr>Histogram)
    在实际的计算过程中,对于一个点(x,y)的值等于:
I(x,y)=I(x-1,y)+I(y-1,x)-I(x-1,y-1)+G(i,j)   (I:该点的积分图像值,G:该点的灰度值)
    在实际的编程实现过程中可以对有图像的大小进行扩展,左边扩展一列,顶端扩展一行,
即:I(-1,j)=0,I(i,-1)=0;
    在完成上述计算后,就可以计算图像中任意矩形框的内点的灰度和:
[转载]积分直方图(Integral <wbr>Histogram)

二、积分直方图
    同积分图像类似,统计的区域不再是所有像素点的灰度和,而是这个区域内所有像素的直方图,例如:从图像的左上角的起点到图像的右下角统计的就是这幅图像的直方图。如上图所示的对于D点就是统计的由原点O和D点构成的矩形区域的直方图。




### 积分直方图数据处理 积分直方图是一种用于加速图像处理操作的技术,特别是在计算局部区域统计特性时非常有用。下面是一个基于Python和OpenCV库的积分直方图构建与应用实例。 #### 构建积分直方图 为了创建积分直方图,可以先定义一个辅助函数`integral_histogram()`来计算给定输入数组的累积分布: ```python import cv2 import numpy as np def integral_histogram(img, bins=256): """ 计算并返回图像的积分直方图 参数: img (numpy.ndarray): 输入灰度图像. bins (int): 直方图区间数量,默认为256. 返回: tuple: 包含原始直方图及其对应的积分直方图. """ hist = cv2.calcHist([img], [0], None, [bins], [0, 256]) # 归一化到范围[0,1] norm_hist = hist / float(hist.sum()) # 创建积分直方图 intg_hist = np.cumsum(norm_hist) return hist, intg_hist ``` 此代码片段展示了如何利用OpenCV内置功能`cv2.calcHist()`快速获得指定区间的直方图,并进一步转换成归一化的形式以便后续运算[^1]。 #### 应用积分直方图进行对比度增强 接下来展示一段简单的例子,说明怎样借助上述得到的结果来进行全局对比度调整——即所谓的直方图均衡化过程: ```python def apply_contrast_enhancement(gray_img): """ 对灰度图片执行对比度增强(直方图均衡) 参数: gray_img (numpy.ndarray): 待处理的单通道灰度图像 返回: numpy.ndarray: 经过对比度增强后的图像 """ _, intg_hist = integral_histogram(gray_img) lut = ((intg_hist * 255).astype("uint8")).reshape(-1) enhanced_image = cv2.LUT(gray_img, lut) return enhanced_image ``` 这里采用了查找表(Look-Up Table,LUT)的方式实现了映射关系的应用,在实际编程实践中效率较高。
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