Realce de Contraste

Vea como manipular el contraste en SPRING

La técnica de realce de contraste tiene como objetivo mejorar la calidad de las imágenes bajo los criterios subjetivos del ojo humano. Normalmente, esta técnica es utilizada como una etapa de preprocesamiento para sistemas de reconocimiento de patrones.

El contraste entre dos objetos puede ser definido como la razón entre sus niveles de gris medios.

La manipulación de contraste consiste en una transferencia radiométrica en cada "pixel", con el objetivo de aumentar la discriminación visual entre los objetos presentes en la imagen. La operación es realizada punto a punto, independientemente de la vecindad.

Esta transferencia radiométrica es realizada con ayuda de histogramas, que son manipulados para obtener el realce deseado. Vea más sobre   ¿Qué es un Histograma ?

NOTAS:

1- No existe una regla (receta) que mejor se aplique para contrastar una imagen, ya que depende de las características de la escena; época de adquisición, ángulo de iluminación, altura del sensor y bandas.

2- Los motivos por los cuales se desea aplicar un aumento o inclusive una reducción de contraste, deben estar bien claros antes de realizarlo, debido a que este procesamiento puede afectar el resultado de operaciones subsecuentes.

 

3- Al aplicar un realce de contraste como una etapa de preprocesamiento, se debe tener cuidado con el hecho de que parte de la información puede ser perdida, dependiendo de la forma como sea realizado el aumento de contraste (vea sobre el efecto de overflow más adelante, en la operación de Min/Max).

4- Un aumento de contraste no revelará nunca una información nueva que no esté contenida en la imagen. El contraste solamente presentará la misma información existente en los datos brutos, pero de una forma más clara para el usuario.

 

Como se verá a seguir, el SPRING permite la manipulación de contraste a través de diferentes opciones que están disponibles en el menú Operaciones, tales como:

Otras técnicas de Procesamiento de Imagen

 


Opción - Mínimo Máximo

La manipulación de histograma por la opción MinMax es idéntica a la manipulación de una curva lineal. La diferencia está en el momento en que fue hecha la selección de la opción.


Histograma Max/Min

Como puede ser visto en la figura anterior, el sistema calcula el valor de los niveles de gris mínimo y máximo de la imagen original. Sobre estos valores se aplica una transformación lineal donde la base de la recta está localizada en el valor mínimo y el otro extremo de la recta, en el valor máximo. De este modo no habrá pérdida de información por “overflow”, es decir, todos los niveles de gris continuarán con el mismo número de pixels.

 

Un “overflow” ocurre cuando un grupo de pixels de niveles de gris diferentes es transformado en un único nivel, es decir, cuando la inclinación de la recta de transferencia es exagerada. Observe en la figura a seguir, donde la flecha está indicando “overflow”, significa pérdida de información, ya que los pixels de columnas vecinas del histograma de entrada, que originalmente podían ser diferenciados con base en su nivel de gris, serán fundidos en una sola columna y pasarán a tener el mismo nivel de gris (0 para el caso de la figura que sigue)


Histograma c/ overflow

Histograma con overflow

OBS.: La ocurrencia de “overflow” es muchas veces deseada, por ejemplo si el usuario sabe en que intervalo de niveles de gris está lo que desea realzar. En caso contrario, estará definitivamente perdiendo información cuando guarde la imagen realzada.

Operaciones de Contraste


Opción - Lineal

El aumento de contraste por una transformación lineal es la forma más simple de las opciones. La función de transferencia es una recta y sólo son controlados dos parámetros: la inclinación de la recta y el punto de intersección con el eje X (vea figura a seguir). La inclinación controla la cantidad de aumento de contraste y el punto de intersección con el eje X, controla la intensidad media de la imagen final.

La función de mapeo lineal puede ser representada por:
Y = AX + B donde:
Y = nuevo valor de nivel de gris;
X = valor original de nivel de gris;
A = inclinación de la recta (tangente del ángulo);
B = factor de incremento, definido por los límites mínimo y máximo suministrados por el usuario.

N
Histograma Lineal

En el aumento lineal de contraste, las barras que forman el histograma de la imagen de salida son espaciadas igualmente, debido a que la función de transferencia es una recta. Como puede ser observado en la figura anterior, el histograma de salida será idéntico en formato al histograma de entrada, excepto porque el valor medio y la extensión del intervalo serán diferentes.

 

Operaciones de Contraste


Opción - Raíz Cuadrada

 

La opción de transformación por raíz cuadrada se utiliza para aumentar el contraste de las regiones oscuras de la imagen original. La función de transformación es representada por la curva como en la figura a seguir. Observe que la inclinación de la curva es tanto mayor cuanto menores son los valores de niveles de gris.

La transformación por raíz cuadrada se puede expresar por la función:

 

donde:

Y = nivel de gris resultante
X = nivel de gris original
A = factor de ajuste para que los niveles de salida se restrinjan al intervalo entre 0 y 255


Histograma Raíz Cuadrada

NOTA: Este mapeo difiere del logarítmico porque realza un intervalo mayor de niveles de gris bajos (oscuros), mientras que el logarítmico realza un pequeño intervalo.

 

Operaciones de Contraste


Opción - Cuadrado

Este mapeo se utiliza cuando se desea aumentar el contraste de rasgos claros (altos niveles de gris en la imagen). Observe en la figura siguiente que el aumento de contraste es mayor a partir de la media del histograma, inclusive habiendo un dislocamiento general para la región de niveles más oscuros
Histograma Cuadrado

La función de transformación es dada por la ecuación:

 

donde:

X = nivel de gris original
Y = nivel de gris resultante
A = factor de ajuste para que los niveles de salida se restrinjan al intervalo entre 0 y 255

  Operaciones de Contraste


Opción - Logaritmo

El mapeo logarítmico de valores de niveles de gris, es útil para aumentar el contraste en rasgos oscuros (valores de gris bajos). Equivale a una curva logarítmica como muestra la figura a seguir.

La función de transformación se expresa por la ecuación:

Y = A log (X + 1) donde:

Y = nuevo valor de nivel de gris
X = valor original de nivel de gris
A = factor definido a partir de los límites mínimo y máximo de la tabla, para que los valores estén restrictos al intervalo entre 0 y 255.

 


Histograma Logaritmo

NOTA: Observe en la figura anterior que hay un grupo menor de niveles de gris con un gran aumento de contraste, si se compara con la transformación por raíz cuadrada, mencionada anteriormente.

 

Operaciones de Contraste


Opción - Negativo

 

Es una función de mapeo lineal inversa, o sea, el contraste ocurre de modo que las áreas oscuras (bajos valores de nivel de gris) se tornan claras (altos valores de nivel de gris) y viceversa. La figura a seguir muestra su representación.


Histograma Negativo

La función de mapeo negativa puede ser representada por:

Y = - (AX + B) donde

Y = nuevo valor de nivel de gris
X = valor original de nivel de gris
A = inclinación de la recta (tangente del ángulo)
B = factor de incremento, definido por los limites mínimo y máximo definidos por el usuario.

 

NOTA: Esté atento al hecho que todas las opciones mencionadas hasta el momento pueden ocasionar un “overflow”. NOTA: El modo de operación de todas las opciones de contraste mencionadas anteriormente, tienen el modo de operación igual al descrito en el ítem Manipulando un Histograma de operación.

Operaciones de Contraste


Opción - Ecualización de Histogramas

Es una forma de manipulación de histograma que reduce automáticamente el contraste en las áreas muy claras o muy oscuras de una imagen. También expande los niveles de gris a lo largo de todo intervalo. Consiste en una transformación no lineal que considera la distribución acumulativa de la imagen original, para generar una imagen resultante cuyo histograma será aproximadamente uniforme (vea la figura siguiente).

La opción de ecualización parte del principio que el contraste de una imagen sería optimizado si todos los 256 niveles de intensidad posibles fueran igualmente utilizados o, en otras palabras, todas las barras verticales que componen el histograma fueran de la misma altura. Obviamente esto no es posible debido a la naturaleza discreta de los datos digitales de una imagen de percepción remota. Sin embargo, se consigue una aproximación al dispersar los picos del histograma de la imagen, dejando intocadas las partes más chatas. Como se puede ver en la figura a continuación, este proceso se obtiene a través de una función de transferencia que tiene una alta inclinación siempre que el histograma original presenta un pico y una baja inclinación en el resto del histograma.

 
Ecualización de Histogramas

El SPRING presenta la siguiente función de ecualización de histograma:

 

donde:

faxi = frecuencia acumulada para el nivel de gris xi
Pt = población total (número total de "pixels")

 

NOTA: La opción de ecualización es calculada y presentada automáticamente, por lo que el usuario no podrá alterar la forma o posición de la curva. permaneciendo la pantalla en modo estático.

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Opción – Intervalo (Fatia)

A opción intervalo (fatiamento)es una forma de aumento de contraste cuya operación estriba simplemente en realzar los pixels cuyas intensidades se sitúan dentro de un intervalo específico, es decir, entre un máximo y un mínimo. Consiste en la división de la amplitud total de niveles de gris en determinados intervalos (o clases de colores).

El aumento de contraste por intervalos es considerado la forma más simple de clasificación, de modo que es aplicado a una única banda espectral.

De acuerdo con el criterio de determinación de los intervalos de niveles de gris, se puede obtener una división normal, equidistribuida y arco iris.

 


En el intervalo normal: las fajas son definidas de modo que el intervalo entre cada una es constante.
Intervalo Normal


Intervalo equidistribuido: el intervalo de niveles de gris es dividido de modo que cada faja contenga el mismo número de puntos.

 


Intervalo Equidistribuido


Intervalo arco iris: es el mapeo de un tono de gris en un determinado color. Se basa en el hecho de que las variaciones de colores son mucho más visibles al ojo humano que las variaciones de tonos de gris. El mapeo global de estos niveles de gris para el espacio de color sigue la secuencia del arco iris.

 

 

 
Intervalos(fatiamento) en Arco Iris


En el SPRING la división de los intervalos de niveles de gris es realizada de modo interactivo, en el cual el usuario define el tipo de división y el número de intervalos. Vea como realizarlo en División en intervalos de Niveles de Gris.

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Opción - Edición

Permite la aplicación de una tabla de transformación radiométrica definida por el usuario. Su objetivo es destacar un aspecto específico de la imagen que el usuario desea analizar.

Ejemplo: en caso que una imagen presente regiones oscuras (bajos niveles de gris) dentro de un área con pequeñas variaciones radiométricas que no son de interés. Se puede utilizar el límite de saturación para realzar o amenizar el contraste de alguna característica de la imagen. La figura a seguir ilustra el efecto de la variación del umbral de saturación.

 


Edición con umbral

Si el histograma presenta dos picos de frecuencia (bimodal), se puede separar la imagen en dos clases definidas por un umbral (L). Esta operación es útil para disgregar dos grandes grupos de niveles de gris en la imagen.

 


Edición Bimodal

Cuando la imagen con la que se está trabajando presenta un histograma asimétrico, como es observado frecuentemente, no es recomendable aplicarle una transformación lineal simple. En este caso el usuario con la ayuda del cursor, puede especificar en la pantalla una transformación lineal por partes, lo que le ofrece un mayor grado de libertad en la especificación del histograma de salida, reduciendo la asimetría del histograma y utilizando mejor el intervalo de niveles de gris disponible. Vea la siguiente figura:

 


Edición con inclinaciones diferentes

La figura a continuación muestra una recta con tres puntos, el nuevo histograma fue calculado de modo que sólo las extremidades del histograma de entrada fueron realzadas, en tanto que el segmento de recta en la horizontal hizo con que la parte central del histograma de entrada se redujera a un nivel de gris único, causando un “overflow” en esta región.

 


Ejemplo de Edición

Vea como editar un histograma en Para Editar un Histograma.

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