python3-PIL对比度拉伸

发布时间:2021-09-10 00:06:58编辑:run阅读(311)

    对比度拉伸操作是以低对比度图像作为输入,将强度值的较窄范围拉伸到所需的较宽范围,以输出高对比度的输出图像,从而增强图像的对比度。它只是一个应用于图像像素值的线性值的线性缩放函数,因此图像增强不会那么剧烈(相对于更复杂的直方图均衡化)。


    在拉伸可以实施前,必须指定上下像素值的极限值(图像将在其上进行归一化),例如,对于灰度图像,为了使输出图像遍及整个可用像素值范围,通常将极限值设置为0和255。这一切的关键,只需要从原始图像的累计分布函数(CDF)中找到一个适合的m值。对比度拉伸变换通过将原始图像灰度级低于m值的像素变暗(向下限拉伸值)和灰度级高于m的像素变亮(向上限拉伸值),从而产生更高的对比度。


    使用PIL操作,先加载一幅RGB图像,并将其划分成不同的颜色通道,以可视化不同颜色通道像素值的直方图。

    from PIL import Image
    from skimage import data, img_as_float,img_as_ubyte
    import matplotlib.pylab as pylab
    import numpy as np
    
    pylab.rcParams['font.sans-serif'] = ['KaiTi']
    pylab.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
    def plot_image(image, title=''):
        pylab.title(title, size=20)
        pylab.imshow(image)
        pylab.axis('off')
    def plot_hist(r, g, b, title=''):
        r, g, b = img_as_ubyte(r), img_as_ubyte(g), img_as_ubyte(b)
        pylab.hist(np.array(r).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='r', alpha=0.5)
        pylab.hist(np.array(g).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='g', alpha=0.5)
        pylab.hist(np.array(b).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='b', alpha=0.5)
        pylab.xlabel('像素值', size=20)
        pylab.ylabel('频率', size=20)
        pylab.title(title, size=20)
    im = Image.open(r'D:\image_processing\image4\c.jpg')
    im_r,im_b,im_g = im.split()
    pylab.style.use('ggplot')
    pylab.figure(figsize=(15, 5))
    pylab.subplot(121)
    plot_image(im, '原始图')
    pylab.subplot(122)
    plot_hist(im_r, im_b, im_g, '颜色通道直方图')
    pylab.show()

    image.png


    PIL的point()函数如何用于实现对比度拉伸。变换函数由contrast()函数定义为分段线性函数。

    from PIL import Image
    from skimage import data, img_as_float,img_as_ubyte
    import matplotlib.pylab as pylab
    import numpy as np
    
    pylab.rcParams['font.sans-serif'] = ['KaiTi']
    pylab.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
    def contrast(c):
        return 0 if c < 70 else (255 if c > 150 else (255 * c - 22950) / 48)
    def plot_image(image, title=''):
        pylab.title(title, size=20)
        pylab.imshow(image)
        pylab.axis('off')
    def plot_hist(r, g, b, title=''):
        r, g, b = img_as_ubyte(r), img_as_ubyte(g), img_as_ubyte(b)
        pylab.hist(np.array(r).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='r', alpha=0.5)
        pylab.hist(np.array(g).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='g', alpha=0.5)
        pylab.hist(np.array(b).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='b', alpha=0.5)
        pylab.xlabel('像素值', size=20)
        pylab.ylabel('频率', size=20)
        pylab.title(title, size=20)
    im = Image.open(r'D:\image_processing\image4\c.jpg')
    im1 = im.point(contrast)
    im_r,im_b,im_g = im.split()
    pylab.style.use('ggplot')
    pylab.figure(figsize=(15, 5))
    pylab.subplot(121)
    plot_image(im1, '对比度拉伸图')
    pylab.subplot(122)
    plot_hist(im_r, im_b, im_g, '对比度拉伸图颜色通道直方图')
    pylab.yscale('log', basey=10)
    pylab.show()

    image.png

    可以看到,经过点操作后,每个通道的直方图已经被拉伸到像素值的端点.



    使用PIL的ImageEnhance模块

    ImageEnhance模块也可以用于对比度拉伸。如何使用对比度对象的enhance()方法来增强相同输入图像的对比度。

    from PIL import Image, ImageEnhance
    from skimage import data, img_as_float,img_as_ubyte
    import matplotlib.pylab as pylab
    import numpy as np
    
    pylab.rcParams['font.sans-serif'] = ['KaiTi']
    pylab.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
    def plot_image(image, title=''):
        pylab.title(title, size=20)
        pylab.imshow(image)
        pylab.axis('off')
    def plot_hist(r, g, b, title=''):
        r, g, b = img_as_ubyte(r), img_as_ubyte(g), img_as_ubyte(b)
        pylab.hist(np.array(r).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='r', alpha=0.5)
        pylab.hist(np.array(g).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='g', alpha=0.5)
        pylab.hist(np.array(b).ravel(), bins=256, range=(0, 256), color='b', alpha=0.5)
        pylab.xlabel('像素值', size=20)
        pylab.ylabel('频率', size=20)
        pylab.title(title, size=20)
    im = Image.open(r'D:\image_processing\image4\d.jpg')
    contrast = ImageEnhance.Contrast(im)
    im1 = contrast.enhance(5)
    im2 = np.array(contrast.enhance(5).getdata()).astype(np.uint8)
    pylab.style.use('ggplot')
    pylab.figure(figsize=(15, 5))
    pylab.subplot(121)
    plot_image(im1, 'ImageEnhance对比度拉伸图')
    pylab.subplot(122)
    plot_hist(im2[...,0], im2[...,1],im2[...,2], '对比度拉伸图颜色通道直方图')
    pylab.yscale('log', basey=10)
    pylab.show()

    原始图:

    image.png

    对比度拉伸图

    image.png

    可以看到输入图像的对比度增强,色彩通道直方图向端点拉伸。

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