Introdução ao tratamento de imagens

Designa-se por tratamento de imagens numéricas o conjunto das técnicas que permitem alterar uma imagem numérica com o objectivo de a melhorar ou de extrair informações.

Histograma

Um histograma é um gráfico estatístico que permite representar a distribuição das intensidades dos pixéis de uma imagem, ou seja, o número de pixéis para cada intensidade luminosa. Por convenção, um histograma representa o nível de intensidade em abcissa indo do mais escuro (à esquerda) ao mais claro possível (à direita).

Assim, o histograma de uma imagem em 256 níveis de cinzentos será representado por um gráfico que possui 256 valores em abcissas, e o número de pixéis da imagem em ordenadas. Tomemos por exemplo a imagem seguinte, composta de níveis de cinzentos:

O histograma e a paleta associados a esta imagem são respectivamente os seguintes:

O histograma mostra que os tons cinzentos claros estão muito mais presentes na imagem que os tons escuros.
O tom cinzentos mais utilizado é o 11.º, partindo da esquerda.

Para as imagens de várias cores, vários histogramas são necessários. Por exemplo, para uma imagem codificada em RGB:

• um histograma que representa a distribuição da luminância,
• três histogramas que representam respectivamente a distribuição dos valores das componente vermelhas, azuis e verdes.

Histograma acumulado

O histograma acumulado representa a distribuição acumulada das intensidades dos pixéis de uma imagem, ou seja, o número de pixéis que tem pelo menos uma intensidade luminosa dada.

Modificação do histograma

O histograma é um instrumento muito útil para estudar a distribuição das componente de uma imagem mas permite igualmente corrigir o contraste e a escala das cores para imagens sobreexpostas ou subexpostas. Além disso, a sua modificação não altera as informações contidas na imagem mas torna-as mais ou menos visíveis.

A modificação de um histograma é representada geralmente numa curva (chamada curva tonal) que indica a modificação global das componente da imagem tendo em abcissa os valores iniciais e em ordenada os valores após a modificação. A curva tonal corresponde a uma função de transferência definida por uma tabela de transcodificação chamada look up table, ou LUT. Assim, a diagonal indica a curva como os valores iniciais são igual aos valores finais, ou seja, quando não houve nenhuma. Os valores à esquerda do valor médio no eixo das abcissas representam os pixéis “claros”, enquanto os da direita representam os pixéis escuros.

Assim, se a curva de modificação do histograma estiver situada abaixo da diagonal, os pixéis terão valores mais fracos e por conseguinte serão aclarados. Pelo contrário, se a curva estiver acima da diagonal, os pixéis serão escurecidos.

Esclarecimento	Escurecimento

Igualização do histograma

A igualização de histograma tem por objectivo harmonizar a distribuição dos níveis de luminosidade da imagem, de maneira a tender para um mesmo número de pixel para cada um dos níveis do histograma. Esta operação visa aumentar os matizes na imagem.

A curva tonal que corresponde à igualização do histograma depende totalmente da imagem. Contudo, a maior parte dos instrumentos propõe geralmente um instrumento que permite fazer esta operação automaticamente.

Extensão do Histograma

A extensão do Histograma (também chamada “linearização de histograma” ou “expansão da dinâmica”) consiste em repartir as frequências de aparecimento dos pixéis pela largura do histograma. Assim, trata-se de uma operação que consiste em alterar o histograma de maneira arepartir o melhor possível as intensidades na escala dos valores disponíveis. Isto equivale a estender o histograma para que o valor de intensidade mais fraco fique a zero e que o mais elevada fique no valor máximo.

Desta maneira, se os valores do histograma forem muito próximos uns dos outros, a expansão vai permitir fornecer uma melhor distribuição para tornar os pixéis claros ainda mais claros e os pixéis escuros próximos do preto.

É assim possível aumentar o contraste de uma imagem. Por exemplo, uma imagem demasiado escura poderá tornar-se mais “visível”. Contudo, isto nem sempre dá bons resultados…

A curva tonal que corresponde à expansão do histograma tem a forma seguinte :

Limiar

A operação “limiar simples” consiste em pôr a zero todos os pixéis que tem um nível de cinzento inferior a um certo valor (chamado limiar, em inglês treshold) e no valor máximo os pixéis que têm um valor superior. Assim, o resultado do limiar é uma imagem binária que contém pixéis pretos e brancos, é a razão pela qual o termo "binarização" é às vezes empregado. O limiar permite pôr em relevo formas ou objectos numa imagem. Contudo, a dificuldade reside na escolha do limiar a adoptar.

Eis uma imagem em 256 níveis de cinzentos e o resultado de uma operação de limiar com os valores respectivos de limiar 125 e 200:

A curva tonal da operação de limiar é a seguinte:

Em oposição ao “limiar simples” é possível definir dois valores de limiar, respectivamente limite inferior e limite superior, para pôr no valor máximo os pixéis que têm um valor compreendido entre os limites, e a zero o conjunto dos outros valores :

Inversão (negativo)

A operação de inversão consiste, como o seu nome o indica, em inverter os valores dos pixéis em relação à média dos valores possíveis. O resultado obtido é o chamado "negativo".

A curva tonal da operação de inversão vídeo é a seguinte :