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1、算法原理
伽马变换(幂律变换)是常用的灰度变换,是一种简单的图像增强算法。数学公式如下:
(1)
式(1)中,r为输入的灰度值,取值范围为[0, 1]。C称为灰度缩放系数,用于整体拉伸图像灰度,通常取值为1。gamma取值灰度输入输出曲线图如下:
图(1) gamma曲线图
从图(1)可知:当gamma>1.0时,伽马变换将拉低图像灰度值,图像视觉上变暗;当gamm<1.0时,伽马变换将提高图像的灰度值,图像视觉上变亮。
2、算法定义
输入:8位灰度图像。
输出:8位灰度图像。
参数:gamma值、C值。
3、算法实现
(1)、公式实现
- //函数名:gammaTransformation
- //作用:实现灰度变换中的伽马变换
- //参数:
- //matInput:输入图像
- //matOutput : 输出图像
- //fGamma : 伽马值
- //fC : C值(缩放系数)
- //返回值:无
- //注:支持单通道8位灰度图像
- void gammaTransformation(cv::Mat& matInput, cv::Mat& matOutput, float fGamma, float fC /*= 1.0f*/)
- {
- assert(matInput.elemSize() == 1);
- //构造输出图像
- matOutput = cv::Mat::zeros(matInput.rows, matInput.cols, matInput.type());
-
- //循环中尽量避免除法
- float fNormalFactor = 1.0f / 255.0f;
- for (size_t r = 0; r < matInput.rows; r++)
- {
- unsigned char* pInput = matInput.data + r * matInput.step[0];
- unsigned char* pOutput = matOutput.data + r * matOutput.step[0];
- for (size_t c = 0; c < matInput.cols; c++)
- {
- //gamma变换
- float fOutput = std::pow(pInput[c] * fNormalFactor, fGamma) * fC;
- //数值溢出判断
- fOutput = fOutput > 1.0f ? 1.0f : fOutput;
- //输出
- pOutput[c] = static_cast<unsigned char>(fOutput * 255.0f);
- }
- }
- }
(2)、查表加速
几乎所有的灰度变换算法中,都可以使用查表方法进行加速。在【公式实现】中,循环中调用了库函数pow、并进行了一次if判断。这些操作,可以在循环外提提前计算好,循环中查表即可。在嵌入式系统中,查表法使用较多。优化后的代码如下:
- void gammaTransformation(cv::Mat& matInput, cv::Mat& matOutput, float fGamma, float fC /*= 1.0f*/)
- {
- assert(matInput.elemSize() == 1);
- //构造输出图像
- matOutput = cv::Mat::zeros(matInput.rows, matInput.cols, matInput.type());
-
- //循环中尽量避免除法
- float fNormalFactor = 1.0f / 255.0f;
- //构造查询表
- std::vector<unsigned char> lookUp(256);
- for (size_t m = 0; m < lookUp.size(); m++)
- {
- //gamma变换
- float fOutput = std::pow(m * fNormalFactor, fGamma) * fC;
- //数值溢出判断
- fOutput = fOutput > 1.0f ? 1.0f : fOutput;
- //输出
- lookUp[m] = static_cast<unsigned char>(fOutput * 255.0f);
- }
-
- for (size_t r = 0; r < matInput.rows; r++)
- {
- unsigned char* pInput = matInput.data + r * matInput.step[0];
- unsigned char* pOutput = matOutput.data + r * matOutput.step[0];
- for (size_t c = 0; c < matInput.cols; c++)
- {
- //查表gamma变换
- pOutput[c] = lookUp[pInput[c]];
- }
- }
- }
(3)、测试结果
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