【图像增强】matlab实现几种典型的图像增强算法

图像增强算法主要目的是改善图像的视觉效果或为后续处理（如图像分析、识别等）提供更好的图像质量。以下是一些常见的图像增强算法及其原理：

直方图均衡化：通过拉伸图像的灰度直方图，使得直方图更加均匀分布，从而增加图像的对比度。

对数变换：对数变换可以增强低亮度区域，使图像的整体对比度得到提升。

幂律（伽马）变换：通过调整伽马值，可以对图像的暗部和亮部进行不同程度的增强。

锐化滤波器：使用高通滤波器（如拉普拉斯滤波器）增强图像的边缘和细节。

双边滤波：结合空间邻近度和像素相似度，对图像进行平滑处理同时保持边缘清晰。

高频增强：通过提取图像的高频分量并加以增强，可以提升图像的细节。

自适应直方图均衡化：根据图像的局部区域特征进行直方图均衡化，以避免全局直方图均衡化可能导致的过度增强问题。

下面是MATLAB中实现图像直方图均衡化的一个例子：

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 将图像转换为双精度浮点型并进行直方图均衡化I_eq = histeq(double(I));% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_eq), title('Enhanced Image');

以下是MATLAB中实现双边滤波的一个例子：

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 定义双边滤波的参数sigma_s = 50; % 空间域标准差sigma_r = 10; % 范围域标准差% 进行双边滤波I_bilateral = imfilter(double(I), fspecial('motion', 9), 'replicate');I_bilateral = imfilter(I_bilateral, fspecial('gaussian', [2*sigma_r+1, 2*sigma_r+1], sigma_r), 'same', 'replicate');% 显示原始图像和双边滤波后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_bilateral), title('Bilateral Filtered Image');

对数变换增强

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 将图像转换为双精度浮点型I_double = double(I);% 对数变换I_log = log(1 + I_double);% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_log), title('Log Transformation');

幂律（伽马）变换增强

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 定义伽马值gamma = 0.4;% 幂律变换I_gamma = impow(double(I), gamma);% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_gamma), title(['Gamma Correction (γ=' num2str(gamma) ')']);

拉普拉斯锐化滤波器

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 创建拉普拉斯滤波器核laplacianFilter = fspecial('laplacian');% 应用拉普拉斯滤波器I_sharpened = imfilter(double(I), laplacianFilter, 'same');% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_sharpened), title('Laplacian Sharpening');

高频增强

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 将图像转换为双精度浮点型I_double = double(I);% 高频增强I_highfreq = imhighfreq(I_double);% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_highfreq), title('High Frequency Enhancement');

深度学习增强算法

深度学习技术，特别是卷积神经网络（CNN），已被广泛用于图像增强。一个流行的模型是使用生成对抗网络（GAN）进行图像超分辨率。

示例：使用GAN进行图像超分辨率

% 加载预训练的SRGAN模型load('trainedSRGANModel.mat');% 读取一个低分辨率图像I_lr = imread('lena_50x50.png');% 将图像转换为单通道I_lr_singleChannel = rgb2gray(I_lr);% 进行超分辨率重建I_sr = srgan(double(I_lr_singleChannel));% 显示原始低分辨率图像和超分辨率重建图像figure;subplot(1, 2, 1), imshow(I_lr_singleChannel), title('Low Resolution Image');subplot(1, 2, 2), imshow(mat2gray(I_sr)), title('Super Resolution Image');

多尺度变换增强算法

多尺度变换如小波变换可以用于提取图像的频率成分，并针对不同的频率成分进行增强。

示例：使用小波变换进行图像增强

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 进行二维小波分解[C, S] = wavedec2(double(I), 3, 'haar');% 对高频子带进行增强C = wfilters(C, 'enhance');% 进行二维小波重构I_enhanced = waverec2(C, S, 'haar');% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_enhanced), title('Wavelet Enhanced Image');

图像金字塔增强算法

图像金字塔是一种多分辨率表示方法，可以用于放大图像细节，增强图像的局部特性。

示例：使用图像金字塔进行细节增强

% 读取图像I = imread('peppers.png');% 创建高斯图像金字塔[LP, HP] = impyramid(I, 'gaussian', 4);% 对高分辨率金字塔层进行增强I_hp = imresize(HP{4}, 2);% 重建图像金字塔I_enhanced = LP{3} + imresize(I_hp, 2);% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_enhanced), title('Laplacian Pyramid Enhanced Image');

自适应直方图均衡化

% 读取图像I = imread('cameraman.tif');% 创建自适应直方图均衡化对象claheObj = vision.ContrastAdjuster('Method', 'adhisteq');% 应用自适应直方图均衡化I_adhisteq = step(claheObj, I);% 显示原始图像和增强后的图像subplot(1, 2, 1), imshow(I), title('Original Image');subplot(1, 2, 2), imshow(I_adhisteq), title('Adaptive Histogram Equalization');