緒論直方圖均衡（AHE）雖然簡(jiǎn)單高效，但無(wú)法處理圖像中不同區(qū)域的灰度分布差異過(guò)大的問(wèn)題，導(dǎo)致效果不理想。為了解決這一問(wèn)題，Pizer等人提出了局部直方圖均衡（AHE）方法，但忽略了其他區(qū)域像素并容易放

緒論

直方圖均衡（AHE）雖然簡(jiǎn)單高效，但無(wú)法處理圖像中不同區(qū)域的灰度分布差異過(guò)大的問(wèn)題，導(dǎo)致效果不理想。為了解決這一問(wèn)題，Pizer等人提出了局部直方圖均衡（AHE）方法，但忽略了其他區(qū)域像素并容易放大噪聲。于是，K. Zuiderveld提出了對(duì)比度受限CLAHE圖像增強(qiáng)方法，通過(guò)限制局部直方圖高度來(lái)控制對(duì)比度增強(qiáng)幅度，避免噪聲放大和過(guò)度增強(qiáng)的問(wèn)題。CLAHE不僅可用于圖像增強(qiáng)，還可應(yīng)用于去霧操作。

1. CLAHE算法原理

CLAHE與AHE的不同之處在于對(duì)比度受限，主要解決了AHE過(guò)度放大噪聲的缺點(diǎn)。設(shè)定自適應(yīng)直方圖均衡方法的滑動(dòng)窗口大小為M*M，通過(guò)限制局部直方圖的高度來(lái)限制對(duì)比度強(qiáng)度。具體做法是限制直方圖的最大斜率Smax，進(jìn)而限制局部對(duì)比度的增強(qiáng)幅度，避免過(guò)度增強(qiáng)。在實(shí)際處理中，根據(jù)設(shè)定的截取閾值T，對(duì)高度大于閾值的直方圖進(jìn)行截?cái)?，并將多余部分均勻分布在整個(gè)灰階范圍上，保證總直方圖面積不變，獲得改進(jìn)后的直方圖。

2. 插值加速方法

傳統(tǒng)AHE方法需要計(jì)算每個(gè)像素的領(lǐng)域及變換函數(shù)，耗時(shí)嚴(yán)重。為提高算法效率，可以進(jìn)行插值加速，使算法運(yùn)行更快，質(zhì)量不降低。具體做法是將圖像均勻分成矩陣大小塊，計(jì)算每塊的直方圖、CDF和變換函數(shù)。對(duì)于非中心像素，可通過(guò)鄰近黑色小方塊的變換函數(shù)插值獲取，中間像素采用雙線性插值，邊緣部分采用線性插值，角點(diǎn)部分使用塊所在的變換函數(shù)。

3. OpenCV中的CLAHE函數(shù)實(shí)現(xiàn)

在OpenCV中，通過(guò)調(diào)用CLAHE函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的局部對(duì)比度受限直方圖均衡化。首先讀取RGB圖片并轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ab模式，提取L通道進(jìn)行處理。通過(guò)設(shè)置ClipLimit參數(shù)來(lái)限制對(duì)比度增強(qiáng)強(qiáng)度，最后將處理結(jié)果轉(zhuǎn)回RGB圖像并顯示。

4. CLAHE源碼解析

ContrastLimitAHE類(lèi)是CLAHE算法的核心實(shí)現(xiàn)，包括初始化、處理CLAHE等功能函數(shù)。通過(guò)MakeHistogram生成直方圖、ClipHistogram限制直方圖、MapHistogram映射直方圖、Interpolate插值等步驟完成對(duì)比度受限直方圖均衡化處理。該類(lèi)中定義了網(wǎng)格個(gè)數(shù)、查找表以及各種處理函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了CLAHE算法的核心邏輯。

5. 參考資料

1. D. J. Ketcham, R. W. Lowe J. W. Weber: Image enhancement techniques for cockpit displays. Tech. rep., Hughes Aircraft. 1974.

2. R. A. Hummel: Image Enhancement by Histogram Transformation. Computer Graphics and Image Processing 6 (1977) 184-195.

3. S. M. Pizer, E. P. Amburn, J. D. Austin, et al.: Adaptive Histogram Equalization and Its Variations. Computer Vision, Graphics, and Image Processing 39 (1987) 355-368.

4. K. Zuiderveld: Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization. In: P. Heckbert: Graphics Gems IV, Academic Press 1994, ISBN 0-12-336155-9.

5. T. Sund A. M?ystad: Sliding window adaptive histogram equalization of intra-oral radiographs: effect on diagnostic quality. Dentomaxillofac Radiol. 2006 May;35(3):133-8.