히스토그램 스트레칭과 평활화

전종원·2022년 10월 19일

1. 히스토그램 스트레칭

히스토그램 스트레칭

영상의 히스토그램이 그레이스케일 전 구간에서 걸쳐 나타나도록 변경하는 선형변환 기법
특정구간에 집중되어 나타나는 히스토그램을 마치 고무줄을 늘이듯 펼쳐서 그레이스케일 범위 전 구간에서 히스토그램이 골고루 나타나도록 변환

변환 함수의 직선의방정식 구하기

기울기: 255 / (Gmax - Gmin)
y절편: 255xGmin / Gmax - Gmin

실습코드

int main()
{
	Mat src = imread("lenna.bmp", IMREAD_GRAYSCALE);

	if (src.empty()) {
		cerr << "Image load failed!" << endl;
		return -1;
	}

	double gmin, gmax;
	minMaxLoc(src, &gmin, &gmax); //src에 나타난 픽셀밝기값의 최대 최솟값 구하기

	Mat dst = (src - gmin) * 255 / (gmax - gmin);
	
    // 위 3줄의 코드와 같은작업
    // normalize(src, dst, 0, 255, NORM_MINMAX);
    
	imshow("src", src);
	imshow("dst", dst);

	waitKey();
}

2. 히스토그램 평활화

히스토그램 평활화란

히스토그램이 그레이스케일 전체 구간에서 균일한 분포로 나타나도록 변경하는 명암비 향상기법

평활화 변환함수 구하기

히스토그램을 구한다.
구한 히스토그램을 정규화 시킨다.
누적분포함수(cdf)를 구한다.
누적분포함수에 픽셀값의 최댓값을 곱하고 반올림한다.

실습코드

#include <iostream>
#include "opencv2/opencv.hpp"

using namespace std;
using namespace cv;

Mat calcGrayHist(const Mat& img)
{
	CV_Assert(img.type() == CV_8UC1);

	Mat hist;
	int channels[] = { 0 };
	int dims = 1;
	const int histSize[] = { 256 };
	float graylevel[] = { 0, 256 };
	const float* ranges[] = { graylevel };

	calcHist(&img, 1, channels, noArray(), hist, dims, histSize, ranges, true);

	return hist;
}

Mat histImage(const Mat& hist)
{
	CV_Assert(!hist.empty());
	CV_Assert(hist.type() == CV_32FC1);
	CV_Assert(hist.size() == Size(1, 256));

	double histMax = 0.;
	minMaxLoc(hist, 0, &histMax);

	Mat imgHist(100, 256, CV_8U, Scalar(255));
	for (int i = 0; i < 256; i++) {
		line(imgHist, Point(i, 100),
			Point(i, 100 - cvRound(hist.at<float>(i) * 100 / histMax)), Scalar(0));
	}

	return imgHist;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	Mat src = imread("lenna.bmp", IMREAD_GRAYSCALE);
	if (src.empty()) {
		cerr << "Image load failed!" << endl;
		return -1;
	}

	Mat dst(src.rows, src.cols, src.type());

#if 1
	equalizeHist(src, dst);
#else
	int hist[256] = { 0, };
	for (int j = 0; j < src.rows; j++)
		for (int i = 0; i < src.cols; i++)
			hist[src.at<uchar>(j, i)]++;

	int size = (int)src.total();
	float cdf[256] = { 0.0f, };
	cdf[0] = float(hist[0]) / size;
	for (int i = 1; i < 256; i++)
		cdf[i] = cdf[i - 1] + float(hist[i]) / size;

	for (int j = 0; j < src.rows; j++) {
		for (int i = 0; i < src.cols; i++) {
			dst.at<uchar>(j, i) = uchar(cdf[src.at<uchar>(j, i)] * 255);
		}
	}
#endif

	imshow("src", src);
	imshow("dst", dst);
	imshow("hist_src", histImage(calcGrayHist(src)));
	imshow("hist_dst", histImage(calcGrayHist(dst)));
	waitKey();
}