二个数字图像处理算法的分析与实现

王冬星，许有军，王 健

(大庆师范学院 计算机科学与信息技术学院，黑龙江 大庆163712)

0 引言

随着科技的飞速发展，图像处理技术被广泛应用于生产、生活的众多领域。研究表明，人们所获取的全部信息中，有70%以上来源于视觉。跟语音或文字信息相比，图像包含的信息量更大、更直观、更确切，具有更高的使用效率和更广泛的适用性［1］。数字图像处理目的一般包括三方面:①对图像灰度作变换，增强有用信息，抑制无用信息，提高质量，便于理解或计算机进一步处理;②用特殊手段提取、分析图像中的某种特定信息，便于计算机对图像作进一步的分析，通常是模式识别、计算机视觉等的预处理;③图像数据的压缩，便于图像的存储和传输［2］。本文首先对灰度变换等相关技术作了一些介绍，然后对浮雕算法和合成算法进行了分析与实现，最后对工作进行了总结。

1 相关技术介绍［3］

1.1 颜色模型

为更准确定义和使用颜色，将颜色模型可分为硬件设备模型和彩色处理应用模型，RGB 模型是硬件模型最普遍应用的模型，HSI 模型是彩色处理最普遍的应用模型。

1.1.1 RGB 模型

RGB 模型中的任何一种颜色都可用三维空间中的一个点来表示。每三个分量组成一个点，这三个分量表示该点颜色的蓝、绿、红三种亮度值，亮度值的范围设定在［0，1］。

在立方体模型中，黑色代表原点的颜色，它们的分量都为零。白色代表着离远点最远的点，它们的分量都为1。在这两个点的连线上分布着从黑到白的灰度值，这条线就被称为灰色线。不同的颜色对应着立方体内不同的点。在立方体中(蓝、绿、红)三基色对应着三个角。另外三个角对应着另外三种色彩，即品红、黄色、青色。

1.1.2 HSI 模型HSI 模型反映了人类的视觉系统观察彩色的方式，HSI 模型常被用在艺术上。HSI 模型中每个英文字符都表示不同含义，H 的含义是色调(Hue)，S 的含义是饱和度(Saturation)，I 的含义是亮度(Intensity)。这个模型的建立需要满足两个要求:①分量与模型的色彩毫无关系;②H 和S 分量与人如何感受到颜色是密切相关。这两个要求使得人们可以通过HSI 模型来感知彩色特性图像处理方法。

HSI 模型可以由一个三维圆柱体表示。圆柱体空间的截面形成彩色环，用彩色环的角度表示色相，一般0°表示红色，120°表示绿色，240°表示蓝色;用彩色环的半径表示饱和度，原点(圆心)饱和度为0，圆周上的饱和度为1。灰度阴影沿着轴线从底向上变化，由底部的黑变化成为顶部的白，亮度达到最大。三维圆柱体上顶面的圆周表示颜色的最大饱和度。

1.2 灰度变换

作图时，常常因图像生成系统的限制，造成对比度效果很差，使视觉效果十分的差，灰度变换可以改变这种弊端。灰度变换的方法分为三种:线性变换、非线性变换和分段线性变换，下面介绍其中的二种。

1.2.1 线性变换

线性变换可以使原始图像f(x，y)的灰度范围为［a，b］，扩展至［c，d］，变换后的图像为g(x，y)，其变换公式如式1。

若图像灰度在0 ～Mf范围内，其中大部分像素的灰度级分布在区间［a，b］，很小部分的灰度级超出了此区间，可以改变增强的效果，如式2 所示。

为使f(x，y)灰度的高端和低端的数值不变，利用式3 进行变换。

其中a、b、c、d 这些分割点根据不同需要来确定。

1.2.2 分段线性变换

分段现性变换可以突出显示感兴趣的目标，抑制相对没有意义的灰度空间。如式4 所示。

2 浮雕算法设计与实现

2.1 浮雕含义

在数字图像处理系统中图像是由一个个像素组成的，每一个像素的颜色都是由R、G、B 三种基色经过不同比例混合而成，浮雕的效果就是将图像的变化部分突出显示出来，而颜色相同的部分淡化处理。

2.2 算法设计

在VB 中实现浮雕算法，有3D 效果，会收到很好的视觉效应。在算法实现时，只需取相邻像素间的差值即可，若相邻像素间差值太小，会变成黑色，因此通过加一个常量，给黑色图区增加灰度［4］。图像的浮雕处理的算法如式(5)。

式(5)中，G(i，j)为处理后图像的像素值，f(i，j)为源图像的像素值，f(i+1，j+1)为前一个相邻像素的值。在此，常数取128，处理后图像像素G(i，j)的红、绿、蓝分量值分别为:

其中，r1，g1，b1 分别为源图像的像素f(i，j)的红、绿、蓝分量值;r2，g2，b2 分别为前一个相邻像素f(i+1，j+1)的红、绿、蓝分量值，rr，gg，bb 分别为处理后图像像素G(i，j)的红、绿、蓝分量值。

用VB 编程实现浮雕算法的过程如下:

其中，xx，yy 为坐标值，r，g，b 为颜色分量值，Rx1，Rx2，Ry1，Ry2 分别为图像坐标的和终点。用两重循环，分别对红R、绿G、蓝B 三个颜色的分量指进行改变，返回值为函数设置像素的RGB 颜色值。算法实现的效果如图1和图2所示，其中图1为原始图，经本算法处理后其效果如图2所示。

图1 原始图

图2 效果图

3 合成算法分析与实现

3.1 合成的含义

合成主要指把两个或两个以上图像通过处理，叠加、组合在一起，创作出新的图像效果;通过对原始素材的处理，使之产生新的艺术效果。

3.2 合成叠加算法

本算法只是将两幅图像简单的叠加生成新图像，因此所选背景图较大，前景图较小，然后利用本算法将前景图放置到背景图中。假设前景图为Pic1，背景图为Pic2，合成算法如下:

其中＆H8800C6 表示用与运算合并目标像素与源位图像素，不可缺省，其他宽度和高度等选项可以缺省。合成效果如图5所示，其中前景图如图3所示，背景图如图4所示。

图3 前景图

图4 背景图

图5 合成效果图

4 结语

文中介绍了一些数字图像处理的相关技术，然后利用VB 环境设计与实现了一个数字图像处理系统，在这个系统中对浮雕算法和合成算法进行了实现。在实现时主要偏重于处理过程的显示，因此没有采用精度较高的算法，以后工作中可以采用一些加速算法，缩短处理时间，为相关工作提供借鉴。

［1］张秀荣，孟和达来.数字图像处理系统的开发与研究［J］.湖南师范大学自然科学学报，2011，34(6):35-39.

［2］彭作华.数字图像处理教学演示程序设计［J］.兰州石化职业技术学院学报，2007，7(4):33-34.

［3］何东健.数字图像处理［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2005:30-31，61-63.

［4］吐热尼古丽·阿木提.基于VB 的数字图像处理方法研究［J］.新疆师范大学学报:自然科学版，2006，25(1):41-44.