基于升余弦滚降滤波器算法的伪彩色图像增强

刘强

摘要：针对各种途径获取的数据图像细节模糊、低分辨率问题，采用非线性变换算法进行伪彩色化处理可显著提高图像的视觉阅读性和专业判读。基于升余弦滚降特性，并利用Matlab GUI设计的图像伪彩色增强处理系统，能够实时调节RGB三色通道参数，实现了各种图像的伪彩色增强。实验证明在图像变换中采用余弦滤波能够取得较好的增强效果，图像细节及特征区域在伪彩色图像中表现较为完美。

关键词：伪彩色；Matlab GUI；图像增强；余弦函数

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0142-02

在医学、航空遥感、激光红外、工业检测等领域采用摄影成像、扫描成像、微波遥感获得的各类数据图像往往存在着对比度低、视觉分辨率差等问题，所得的原始图像也多为灰度图像，而人眼能够识别的灰度级数仅几十个，这在灰度差别很小的情况下无法快速准确地发现隐藏的有效信息，信息识别量损失较大。人眼对色彩的识别却多达上千种，因此，把一副灰度图像或彩色图像转换为其它颜色的彩色图像能够大大提高其信息识别率和判读乐趣，这种灰度图像的伪彩色化处理方法在各种图像增强中有着极为重要的应用价值。

灰度图像伪彩色增强方法主要有空间域的密度分割法、灰度-彩色变换法、互补色编码、连续色编码等，另外还有频率域滤波法[1-3]。在各种色彩的图像增强变换算法中，目前有基于Contourlet变换、基于Shearlet变换、基于Wavelet、基于Retenix变换等各种图像增强算法[4-8]，这些算法在某些方面都取得了的一定增强效果，但在算法原理和实现上都比较复杂，参数调节时灵活性、实时性也较差。本文基于Matlab图形用户界面GUI，针对灰度-彩色变换法优化设计了一种图像伪彩色增强判读系统，系统选用升滚降余弦滤波器函数对三基色通道的灰度变量进行非线性灰度调节，算法原理简单， 利用RGB三基色输出合成图像，参数实时可调，灵活方便，能够获得多种色彩增强效果的图像。

1 本文算法

对比目前图像增强中经常使用的Retenix算法中所采用的二维高斯滤波函数，本文借鉴通信原理中经常使用的一维升余弦滚降滤波器进行推理，得到选用的余弦函数算子[9]，并把函数扩展到二维图像的滤波处理模型中。

一维余弦滚降特性的传递函数可表示为：

本文仅针对图像增强中常用的RetenixMSR高斯滤波器与升滚降余弦函数滤波器进行伪彩色算法效果对比，二者对应滤波器的三维结构见图1。

由图1可见，升余弦滚降函数滤波器相比RetenixMSR高斯滤波器能够具有相同的函数图像，因此在图像处理中也能够达到Retenix高斯滤波器同样的增强效果。

在伪彩色处理方面，本文把一副灰度图像或彩色图像分解到RGB三基色通道后，分别对每一个色彩通道内的二维灰度图像采用上述升滚降余弦函数滤波器进行灰度增强处理，然后三维合并输出即可得到相应参数的伪彩色图像。

2 系统设计及结果

Matlab凭借数据处理能力强、函数明了易用、模型构建方便等特点，在我国各大学院校和科研院所得到了广泛的应用，成为了科研数据处理、算法验证的有力工具，其图形用户界面GUI具有良好的界面程序开发能力，较V++和C++等传统程序编写更加直白自然。

本文采用MatlabR2014 GUI设计界面，编写M文件，对灰度或彩色图像进行增强变换处理，并把处理结果和采用RetenixMSR算法增强处理结果进行对比，见图2。

由图2处理结果可以看出，两种算法都能够对各种图像进行增强处理，效果都较好，但本文所设计的Matlab GUI伪彩色增强系统参数实时可调，色彩变化灵活，能够使图像边缘更突出，对场景细节特征表现更加清晰，提高了增强图像的视觉阅读性，能够方便地在广域参数中优选出所需细节或特征表现的伪彩色图像。

目前对于图像增强算法的优劣进行评价对比，经常采用主观性分析和定量分析相结合的原则。本文采用信息熵和清晰度两个主要定量指标对图2-a中灰度图像和彩色图像的R通道进行增强对比，参数具体见表1和表2。

对某通道的图像灰度级进行信息熵计算，值越大， 代表图像携带的信息量越多。

由表1、表2可以看出，本文所提出的升滚降余弦算法在伪彩色增强处理中具有一定的相对优势。

3 结语

本文所研究的升余弦滚降滤波器算法能够达到甚至优于RetenixMSR高斯滤波算法。利用Matlab良好的图形用户开发界面GUI，充分发挥Matlab强大的图像数据处理能力，采用升滚降余弦函数滤波器设计了图像伪彩色增强处理系统，该系统使得各通道图像在灰度增强变换后输出的伪彩色图像色彩信息更加丰富，能够较好地识别图像中的感兴趣区域和目标细节，参数实时调节性好，用户可根据不同场合需要选择变换参数，扩大了图像选择面，适宜于各种应用领域灰度图像和彩色图像的增强处理。

参考文献

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