histeq

ヒストグラム均等化を使用したコントラストの強調

構文

J = histeq(I)

J = histeq(I,n)

J = histeq(I,hgram)

newcmap = histeq(X,map)

newcmap = histeq(X,map,hgram)

[___,T] = histeq(___)

説明

J = histeq(I) は、64 ビンを持つ出力グレースケール イメージ J のヒストグラムがほぼフラットになるように、グレースケール イメージ I を変換します。

J = histeq(I,n) は、n ビンを持つ出力グレースケール イメージ J のヒストグラムがほぼフラットになるように、グレースケール イメージ I を変換します。J のヒストグラムは n が I の離散レベル数よりはるかに少ないときに、よりフラットになります。

J = histeq(I,hgram) は、出力グレースケール イメージ J のヒストグラムがターゲット ヒストグラム hgram にほぼ一致するように、グレースケール イメージ I を変換します。出力イメージのヒストグラム内のビンの数は、length(hgram) と等しくなります。

newcmap = histeq(X,map) は、インデックス付きイメージ X のグレー成分のヒストグラムがほぼフラットになるように、カラーマップの値を変換します。変換されたカラーマップは newcmap です。

newcmap = histeq(X,map,hgram) は、インデックス付きイメージ (X,newcmap) のグレー成分のヒストグラムがターゲット ヒストグラム hgram にほぼ一致するように、インデックス付きイメージ X に関連付けられたカラーマップを変換します。関数 histeq は変換されたカラーマップを newcmap に返します。length(hgram) は size(map,1) と同じでなければなりません。

[___,T] = histeq(___) は変換 T も返します。これは、入力グレースケール イメージまたはカラーマップのグレー成分を、出力グレースケール イメージまたはカラーマップのグレー成分にマッピングします。

例

ヒストグラム均等化を使用したコントラストの強調

イメージをワークスペースに読み取ります。

I = imread('tire.tif');

ヒストグラム均等化を使用して強度イメージのコントラストを強調します。

J = histeq(I);

元のイメージと調整されたイメージを表示します。

imshowpair(I,J,'montage')
axis off

元のイメージのヒストグラムを表示します。

figure
imhist(I,64)

処理されたイメージのヒストグラムを表示します。

figure
imhist(J,64)

ヒストグラム均等化を使用したボリューム イメージのコントラストの強調

3 次元データセットを読み込みます。

load mristack

ヒストグラム均等化を行います。

enhanced = histeq(mristack);

元のイメージとコントラストが強調されたイメージのデータの 1 番目のスライスを表示します。

figure
subplot(1,2,1)
imshow(mristack(:,:,1))
title('Slice of Original Image')
subplot(1,2,2)
imshow(enhanced(:,:,1))
title('Slice of Enhanced Image')

ヒストグラム均等化の変換曲線のプロット

この例では、ヒストグラム均等化の変換曲線をプロットする方法を説明します。関数 histeq は、可能な各入力値に対応する結果の出力値を示す 1 行 256 列のベクトルを出力します (このベクトルの値は、入力イメージのクラスに関係なく、[0,1] の範囲に入ります)。このデータをプロットして、変換曲線を表示できます。

イメージをワークスペースに読み取ります。

I = imread('pout.tif');

ヒストグラム均等化の関数 histeq を使用してコントラストを調整します。グレースケール変換の戻り値 T を指定します。これは強度イメージ I のグレー レベルから J のグレー レベルへのマッピングを示すベクトルです。

[J,T] = histeq(I);

変換曲線をプロットします。このグラフは、前の図の中のヒストグラムを反映していることに注意してください。つまり、入力値のほとんどが 0.3 と 0.6 の間にあるのに対し、出力値は 0 と 1 の間に均等に分布しています。

figure
plot((0:255)/255,T);

入力引数

I — グレースケール イメージ

数値配列

グレースケール イメージ。任意の次元の数値配列として指定します。

データ型: single | double | int16 | uint8 | uint16

hgram — ターゲット ヒストグラム

数値ベクトル

ターゲット ヒストグラム。数値ベクトルとして指定します。ターゲット ヒストグラムには、適切な範囲にわたる強度値のビンが等間隔に分布していなければなりません。強度値の範囲は、入力イメージのデータ型によって異なります。

• single または double — [0, 1]。

• uint8 — [0, 255]。

• uint16 — [0, 65535]。

• int16 — [–32768, 32767]。

既定では、ターゲット ヒストグラム内のビンの数は length(hgram) と等しくなります。

以下に例を示します。

hgram = 256:-4:4;
J = histeq(I,hgram);

64 個のビンから成るターゲット ヒストグラムを、平坦でない線形減少関数として指定します。これは、小さいピクセル値を強調します。

histeq は、sum(hgram) == numel(I) となるように hgram を自動的にスケーリングします。length(hgram) が I の離散レベル数よりもはるかに小さいと、ヒストグラム J は hgram にさらに一致するようになります。

データ型: single | double

n — 離散グレー レベルの数

64 (既定値) | 正の整数

離散グレー レベルの数。正の整数として指定します。

データ型: single | double

X — インデックス付きイメージ

数値配列

インデックス付きイメージ。任意の次元の数値配列として指定します。X の値はカラーマップ map のインデックスです。

データ型: single | double | uint8 | uint16

map — カラーマップ

c 行 3 列の数値行列

インデックス付きイメージ X に関連付けられたカラーマップ。範囲 [0, 1] の値をもつ c 行 3 列の数値行列として指定します。各行は、カラーマップの単一色を構成する赤、緑、青の成分を指定する 3 要素の RGB 3 成分です。

データ型: double

出力引数

J — 変換されたグレースケール イメージ

数値配列

変換されたグレースケール イメージ。サイズとクラスが入力イメージ I と同じ数値配列として返されます。

T — グレースケール変換

数値ベクトル

グレースケール変換。数値ベクトルとして返されます。変換 T はイメージ I のグレー レベルを J のグレー レベルにマッピングします。

データ型: double

newcmap — 変換されたカラーマップ

n 行 3 列の数値行列

変換されたカラーマップ。範囲 [0, 1] の値をもつ n 行 3 列の数値行列として指定します。各行は、カラーマップの単一色を構成する赤、緑、青の成分を指定する 3 要素の RGB 3 成分です。

データ型: double

アルゴリズム

ターゲットのヒストグラム hgram を指定すると、histeq はグレースケール変換 T を選択して次を最小化します。

$$\left|c_1(T(k))-c_0(k)\right|,$$

c₀ は入力イメージ I の累積ヒストグラム、c₁ はすべての強度 k の hgram の累積和です。この最小化には、次の制約があります。

• T は単調でなければなりません

• c₁(T(a)) は a でのヒストグラム カウント間の距離の 1/2 を超えて c₀(a) をオーバーシュートできません

histeq は変換 b = T(a) を使用して X (またはカラーマップ) 内のグレー レベルをその新しい値にマッピングします。

hgram を指定しない場合、histeq はフラットな hgram を作成します。

hgram = ones(1,n)*prod(size(A))/n;

次に、前のアルゴリズムを適用します。

拡張機能

C/C++ コード生成

MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

使用上の注意および制限:

• histeq では C コードの生成がサポートされています (MATLAB^® Coder™ が必要)。汎用の MATLAB Host Computer ターゲット プラットフォームを選択した場合、プリコンパイルされたプラットフォーム固有の共有ライブラリを使用するコードが、histeq によって生成されます。共有ライブラリを使用するとパフォーマンスの最適化は維持されますが、コードを生成できるターゲット プラットフォームが限定されます。詳細については、Image Processing Toolbox でサポートされているコード生成のタイプを参照してください。

• コードを生成する際、histeq ではインデックス付きイメージがサポートされません。

GPU コード生成

GPU Coder™ を使用して NVIDIA® GPU のための CUDA® コードを生成します。

使用上の注意および制限:

コードを生成する際、histeq ではインデックス付きイメージがサポートされません。

スレッドベースの環境

MATLAB® の backgroundPool を使用してバックグラウンドでコードを実行するか、Parallel Computing Toolbox™ の ThreadPool を使用してコードを高速化します。

この関数は、スレッドベースの環境を完全にサポートします。詳細については、スレッドベースの環境での MATLAB 関数の実行を参照してください。

GPU 配列

Parallel Computing Toolbox™ を使用してグラフィックス処理装置 (GPU) 上で実行することにより、コードを高速化します。

この関数は、GPU 配列を完全にサポートします。詳細については、GPU でのイメージ処理を参照してください。

バージョン履歴

R2006a より前に導入

R2022b: GPU Coder を使用した CUDA コードの生成

histeq は、最適化された CUDA^® コードの生成をサポートするようになりました (GPU Coder™ が必要)。

R2022b: スレッドベース環境のサポート

histeq は、スレッドベースの環境をサポートするようになりました。

参考

adapthisteq | brighten | imadjust | imhist

トピック

• コントラスト強調方法
• ヒストグラム均等化を使用したイメージ コントラストの調整
• 適応ヒストグラム均等化