POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
ELEKTRYCZNY
KATEDRA MECHATRONIKI
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Przedmiot:
Przemysłowe Systemy Wizyjne
Symbol ćwiczenia:
PSW3
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych
Tytuł ćwiczenia:
obrazów monochromatycznych 
przetwarzanie histogramu
SPIS TREÅšCI
Spis rysunków 2
1. Cele ćwiczenia 3
2. Podstawowe wiadomości 3
3. Laboratoryjne stanowisko badawcze 4
3.1. Obiekt badany 4
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe 4
3.3. Oprogramowanie 4
4. Program ćwiczenia - wykaz zadań do realizacji 5
5. Przykład realizacji zadania  analiza histogramu obrazu cyfrowego 5
6. Raport 7
7. Pytania 7
Literatura 7
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
SPIS RYSUNKÓW
Przykładowy histogram obrazu cyfrowego
1. 3
Transformacja funkcją kawałkami liniową
2. 4
Widok okna głównego środowiska Matlab
3. 5
Widok okna głównego narzędzia Image Tool
4. 6
Widok okna histogramu narzędzia Image Tool
5. 6
2
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych obrazów monochromatycznych  przetwarzanie
histogramu
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
1. CELE ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:
żð Histogram obrazu cyfrowego oraz jego zastosowania w przetwarzaniu obrazów.
żð Kontrast obrazu cyfrowego.
2. PODSTAWOWE WIADOMOÅšCI
Histogram obrazu cyfrowego przedstawia informację o rozkładzie liczebności pikseli w
zależności od wartości poziomu szarości. Histogram przedstawiany jest najczęściej w postaci
wykresu słupkowego. Formalnie histogram h można opisać następująco:
(1)
gdzie: rk  poziom szarości piksela o numerze k; nk  ilość pikseli o wartości poziomu
szarości rk;
Przykład histogramu obrazu cyfrowego przedstawiono na rys. 1.
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0 50 100 150 200 250
rk
Rys. 1. Przykładowy histogram obrazu cyfrowego [1].
Histogram obrazu cyfrowego można poddawać przetwarzaniu, którego celem jest poprawa
kontrastu obrazu. Generalnie obrazy charakteryzujÄ…ce siÄ™ dobrym kontrastem majÄ… histogram
obejmujący cały zakres możliwych wartości poziomów szarości, a ponadto w obrazie takim
poszczególne poziomy szarości występują mniej więcej równolicznie.
Wymienić można następujące techniki przetwarzania histogramu:
o transformacja funkcjami kawałkami liniowymi,
o wyrównywanie histogramu.
Na rys. 2 przedstawiono przykładowy przebieg funkcji kawałkami liniowej, którą można
wykorzystać do poprawy kontrastu obrazu.
3
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych obrazów monochromatycznych  przetwarzanie
histogramu
nk
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 2. Transformacja funkcją kawałkami liniową [1].
Odpowiednie działanie funkcji z rys. 2 można osiągnąć poprzez dobór wartości punktów
charakterystycznych (r1, s1) i (r2, s2).
Algorytm wyrównywania histogramu jest algorytmem, który działa w sposób całkowicie
automatyczny, bez konieczności wprowadzania jakichkolwiek parametrów wejściowych.
Algorytm ten opisany jest następującą zależnością:
(2)
gdzie: k=0,1,2,& ,L-1; L=256; n - całkowita liczba pikseli obrazu; nj  liczba pikseli obrazu o
poziomie szarości rj.
3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE
3.1. Obiekt badany
Brak  ćwiczenie komputerowe.
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe
Komputer PC
3.3. Oprogramowanie
żð Matlab w wersji 7.0 lub wyższej (rys. 3).
4
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych obrazów monochromatycznych  przetwarzanie
histogramu
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 3. Widok okna głównego środowiska Matlab.
4. PROGRAM ĆWICZENIA  WYKAZ ZADAC
DO REALIZACJI
żð Wczytanie zestawu obrazów monochromatycznych do przestrzeni roboczej i analiza
porównawcza ich histogramów.
żð Implementacja algorytmu funkcji kawaÅ‚kami liniowej i badanie jej dziaÅ‚ania dla różnych
wartości parametrów (r1, s1) i (r2, s2).
żð Implementacja algorytmu wyrównywania histogramu i sprawdzenie zakresu jego
stosowalności.
5. PRZYKA
AD REALIZACJI ZADANIA  ANALIZA HISTOGRAMU OBRAZU
CYFROWEGO
Analizę histogramu cyfrowego obrazu monochromatycznego można przeprowadzić z
użyciem narzędzia Image Tool - komenda imtool. Po wywołaniu tej komendy otwiera się
okno przedstawione na rys. 4.
5
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych obrazów monochromatycznych  przetwarzanie
histogramu
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 4. Widok okna głównego narzędzia Image Tool.
W następnej kolejności należy wczytać obraz - File/Open& lub File/Import From Workspace.
Po wczytaniu i wyświetleniu obrazu należy następnie wybrać opcję Tools/Adjust Contrast, co
spowoduje wyświetlenie dodatkowego okna zawierającego histogram (rys. 5).
Rys. 5. Widok okna histogramu narzędzia Image Tool.
6
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych obrazów monochromatycznych  przetwarzanie
histogramu
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Wykorzystując narzędzie Image Tool można nie tylko podglądać histogram obrazu, ale
również interaktywnie go modyfikować.
6. RAPORT
Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:
żð Opis zasady dziaÅ‚ania implementowanych w trakcie ćwiczenia algorytmów przetwarzania
histogramu.
żð Przebieg ćwiczenia (główne czynnoÅ›ci).
żð Opis zadaÅ„ programistycznych, które należaÅ‚o wykonać.
żð Listingi napisanych funkcji wraz z komentarzami.
żð Podsumowanie i wnioski  porównanie zrealizowanych algorytmów przetwarzania
histogramu.
7. PYTANIA
1. Co to jest histogram obrazu cyfrowego ?
2. Co to jest kontrast obrazu cyfrowego ?
3. Jak działają algorytmy przetwarzania histogramu oparte na wykorzystaniu funkcji
kawałkami liniowej oraz wyrównywaniu histogramu ? Jakie są ich wady i zalety ?
4. Jakie mogą być praktyczne zastosowania algorytmów przetwarzania histogramu obrazu
cyfrowego ?
LITERATURA
1. Gonzalez R. C., Woods R. E.: Digital image processing. Prentice Hall, New Jersey 2002.
Opracowanie: Damian Krawczyk
Gliwice 2010
7
Przestrzenne przetwarzanie cyfrowych obrazów monochromatycznych  przetwarzanie
histogramu