基于MATLAB 的暗场图像处理算法创新与实践——评《数字图像处理技术与应用》

书名：《数字图像处理技术与应用》

作者：韩晓军

出版单位：电子工业出版社

ISBN：978-7-1213-0056-1

出版时间：2017 年1 月

定价：39.8 元

数字处理系统还未运用时大众所使用的图像处理一般为简单的图像加工，直至计算机的成熟与各类数字处理软件的开发，图像处理与数学系统产生联系，图像处理可以使用数字编程系统来完成图像需求。现代图像处理技术一般使用计算机对图像进行分析处理，通过数字组合的使用快速达到所需要的图像效果，数字图像筛选出由工业相机、摄像机、扫描仪等设备所拍摄的二维数组像素，通过图像压缩、图像复原、图像变换、色度调和等诸多图像处理技术达到合乎目的最终图像。

数字图像处理具有精确快速的优点，由于数字系统存在复杂的数学计算和计算机操作，运用计算机数字技术来进行图像处理十分复杂，初学者甚至专业人士都会遇到或多或少的难点。韩晓军编著的《数字图像处理技术与运用》（第二版）一书围绕数字图像处理，涉及图像处理的基本理论知识、图像风格与检测、图像复原与增强、数字形态学等方面的内容，系统介绍了数字图像处理技术的相关知识。编著兼顾理论与实践，应用MATLAB 软件平台讲解实际的图像数字编程方法，讲解详细，面面俱到，可以为广大数字图像处理学习者提供有益的参考。

数字技术为图像处理提供了丰富的处理方法，可以产生图像增强、图像变形、图像恢复等处理效果，其中，暗场图像需要专业精确的数字计算来处理。暗场是一个专业术语，在戏剧领域中“暗场”指舞台之外的表演，无需演员露面，也不需要让观众看到实际的情节，只需在幕后通过灯光演绎，或者以旁白来完成。摄影领域的“暗场”指无白光空间的拍摄，即夜晚时间的拍摄，该术语多用于天文摄影，天文摄影中暗场十分明显。以天文图像为例，由于点缀式的天体运行天文摄影多半以暗场图像拍摄为主，暗场视觉阻碍了天文研究者研究天文现象。而在日常拍摄中，日常摄影虽然以明场拍摄为主，但是有些必要的拍摄取景依然选择暗场拍摄，如夜晚星空拍摄、夜景拍摄、人物暗度拍摄等等。

由于暗场的存在，图像不能呈现清晰的视觉元素和摄影透明效果，故而需要进行图像中的暗场处理。一般性的图像暗场处理会运用图像增强的相关算法和处理技术达到图像明亮度增强的效果，并对图像元素进行一定的调整，如暗场图像中的模糊点和噪声可以采用高通滤波法和低通滤波法来调和图像的清晰度。图像暗场的增强处理一般可以采用基于空域算法和基于频域算法，常见的处理算法是空域算法，空域算法会对图像暗场的灰度级进行处理，能够突出暗场物体的边缘轮廓，降低暗场图像的噪声，识别目标点。一般性的暗场增强处理算法不仅繁杂，在处理效果上也没有达到完美的效果，因为突出性的增强要求物体边缘会变得模糊。

美国MathWorks 公司出品的商业数学软件Matlab 是一款复合型的图像处理软件，在图像暗场中更能够强化暗场处理的细节。Matlab 涉及领域广泛，在工程设计、仿真设计、通讯系统、金融等领域皆可以运行。在Matlab 演示实例中，平面与立体绘图、复杂函数的三维绘图、三维效果图等领域的演示通过强大的数字运算能力完成绘制。在图像处理方面，Matlab 因为扩大化的函数系统和二维绘图工具，具有强大的数字运行能力，图形处理系统能够显示图形的向量和矩阵，在图像处理中快速完成处理任务。Matlab 图像暗场处理增强方法一般可以通过直方图均衡化、对比线度性展宽、伪色彩增强等算法进行矫正。Matlab 的histeq 函数运算能够强化图像暗场的灰度值，降低图像暗场的灰度。对比线度展宽算法能够显示暗场图像中的目标点或者抑制非重点的部分，整体上具有立体效果，通过对比线度的展宽调整突出暗场的三维视觉效果。在暗场图像的灰度中，模糊性的暗场灰度元素没有办法区别，因而需要进行伪色彩增强算法来进行暗场的色彩调整。MATLAB中gray slice 函数算法能够达到暗场灰度色彩增强效果，通过暗场图像灰度阈值化后利用Matlab 图形处理工具的调色板将暗场灰度图像处理为伪色彩图像。

综上所述，图像中的暗场处理需要运用综合性的增强算法。在一般性的认知中暗场图像是亮度低、清晰度低、灯光点不均衡的图像，也因为这种认知，一般性的暗场图像处理只是简单运用直方图均衡化算法进行亮度的调整。但是作为摄影图像的图像本身需要的并不是单纯的明亮度，而是具有视觉感的立体艺术图像，暗场的处理关乎整个图像的三维视觉和艺术透明效果，Matlab 图形处理数字工具能够提供丰富的算法系统，在科技与艺术的融合形态中完成图像暗场的完美处理。