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图像增强技术概况
1 图像增强的背景
随着近几年移动互联网的普及,图像已经成为我们学习、工作和娱乐最重要
的媒介之一。人们因此也对图像的质量提出了更高的要求。图像增强也就自然而
然地成为现代机器视觉领域中最重要的技术之一。图像增强方法一般需要关注几
点:
(1)
增强的图像整体上符合人们的视觉感观,让人感觉自然;
(2)
在增强图像
有效信息的同时应抑制噪声,如不能除去噪声,应保证不放大噪声,从而避免影
响图像质量;
(3)
增强图像应有效地提高图像的对比度,使图像灰度级分布范围
广,避免图像部分区域过暗或过亮失去图像信息;
(4)
针对不同运用场景,应做
出不同的增强策略,比如医疗图像,可能更倾向于增强某个区域的细节;
(5)
在
满足要求情况下,尽量优化算法,减少算法复杂度,提高速度,以达到实时性要
求。
进入
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世纪以来,高科技产品正逐渐改变人们的生活习惯,成为日常生活
中不可缺少的一部分。作为现代人们信息传递的重要方式之一,数字图像已经在
人类生活娱乐,医学应用,安保监控,国防科技和农业科学等多个方面得到了广
泛的应用和重视。
然而从相机获取图像到将图像传输到接收方的过程中由于受到拍照环境以
及相机硬件等多方面条件限制,最后获取到的图像有时不如人意,比如经常出现
一张照片中有些区域过亮或者过暗等情况,从而丢失了很多图像本应有的信息。
图像增强技术正是致力于保留原始图像的基本信息,减弱客观条件对图像质量的
影响,最终得到人们满意的高质量图像。图像增强技术已经应用到生活娱乐、遥
感图像、天文观测、医学应用以及人工智能等多个领域。
在生活娱乐方面,人们往往喜欢在社交网络等平台分享包括旅行、聚会以及
工作时的照片。这也是在
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世纪移动互联网时代形成的一种生活新潮流。获得
的高质量的图像也就已经成为人们对拍照基本要求。因此在不仅在专业的相机市
场,在本来以通信为主要功能的手机市场,拍照性能也成为了人们选取手机的重
要参考指标。在医疗图像增强方面,对病人的
CT
图像和超声图像进行增强,凸
显需观察部位信息,便于医生做出正确的诊断。在天文、遥感图像处理方面,因
其获取的图像的特殊性,需根据不同场景应用不同的增强方法,以便研究人员获
取到更多的信息。在人工智能应用方面,目标检测和图像识别等各个任务中都经
常会对原始图像先做图像增强等预处理以便下一步的准确进行。
2 图像增强的研究现状
图像增强的应用场景多数是希望可以增强图像对比度,突出图像的细节信
息,同时又能尽量不放大噪声。增强图像还需符合人们的视觉感观,拥有良好的
视觉效果。因此人们一直在往这方面努力,不断提出了很多优秀的算法。图像增
强技术可以分为两类:基于数字图像处理的传统方法和基于深度学习的方法。
自数字图像技术发展几十年以来,研究人员先后提出了大量的基于数字图像
处理理论的图像增强方法。运用比较多的包含有空间域的直方图均衡化、伽马变
换和多曝光图像增强以及变换域的小波变换增强和基于
Retinex
理论的增强等。