히스토그램 평활화

1. 히스토그램 평활화(Histogram equalization)

히스토그램 평활화는 화소값의 분포를 나타내는 히스토그램이 균일하게 되도록 변환하는 처리이다. 즉, 출력영상의 히스토그램에서 각 밝기값들이 거의 동일한 개수의 화소를 가지도록 입력 영상의 화소값을 매핑하는 것을 의미한다. 

특히 이미지가 좁은 강도 값 범위로 표현될 때 뚜렷하게 나타납니다. 이 조정을 통해 강도는 히스토그램에서 명암 분포가 빈약한 영상을 균일하게 만들어줍니다. 이로써 지역 대비가 낮은 영역이 높은 대비를 얻을 수 있게 됩니다. 히스토그램 평활화는 이미지 대비(Image Contrast)를 저하시키는 데 사용되는 높은 주파수의 강도 값을 효과적으로 퍼뜨려 이는 기능을 달성합니다.

 

 

 

1) 히스트그램 평활화 과정

히스토그램 평활화 방법은 간단한 image enhancement 방법 중 하나로 영상의 픽셀값들의 누적분포함수를 이용하여 영상을 개선하는 방법입니다.

• 히스토그램 평활화는 화소값의 범위가 좁은 low contrast 입력 영상을 이용하여 화소값의 범위가 넓은 high contrast 출력 영상을 얻습니다. 즉, 밝기 값이 몰려 있어서 어둡기만 한 영상 또는 밝기만 한 영상을 평활화하여 좀 더 선명한 영상을 얻습니다.
• 히스토그램 평활화를 적용하기 위하여 그레이스케일 영상은 입력 영상에 바로 히스토그램 평활화를 적용하면 됩니다. 반면 컬러 영상은 HSV, YCrCb 등의 컬러 모델로 변환한 다음, 밝기값 채널 (V, Y)에 히스토그램 평활화를 적용 후 BGR 컬러로 변환합니다.

 

 

2) 히스토그램 평활화 변환 수식

히스토그램 평활화는 이미지의 대비를 개선하여 이미지의 품질을 향상시키는 방법 중 하나입니다. 이미지 처리에서 히스토그램은 이미지의 밝기 값을 그룹화한 것으로, 히스토그램 평활화는 히스토그램을 재분배하여 밝기 값이 골고루 분포되도록 만드는 것입니다.

 

 

①히스토그램 구하기: 먼저 이미지의 히스토그램을 구합니다. 히스토그램은 밝기 값의 종류 수와 각 밝기 값이 나타나는 픽셀 수의 그래프입니다.

②누적 히스토그램 구하기: 다음으로 히스토그램의 누적 분포 함수를 구합니다. 누적 분포 함수는 밝기 값이 x일 때, 0부터 x까지의 픽셀 수를 누적한 값입니다.

③픽셀 값 변환: 이제 모든 픽셀의 밝기 값을 누적 히스토그램을 이용하여 새로운 값으로 변환합니다. 변환된 값은 누적 분포 함수의 결과값을 0부터 255까지의 값으로 정규화한 값입니다.

④변환된 이미지 출력: 마지막으로 변환된 픽셀 값으로 이미지를 출력합니다.

 

 

변환된 영상데이터는 원래 영상보다 넓은 색도 범위를 갖고 있다. 변환된 영상의 히스토그램이 전체 범위로 고루 펼쳐져 있음을 알 수 있다.