نیوار

نیوار

ارائه یک روش نوین متعادل سازی هیستوگرام برای بهبود کیفیت تصاویر هواشناسی سیاه و سفید با حفظ روشنایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، واحد خوی ، دانشگاه آزاد اسلامی، خوی، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز ، ایران
3 گروه مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
چکیده
افزایش کنتراست یکی از مسائل حیاتی در پردازش تصاویر هواشناسی است که به منظور بهبود کیفیت تصاویر و تشخیص وضعیت آب و هوا بسیار حائز اهمیت است. یکی از روش‌های پرکاربرد برای بهبود کنتراست در تصاویر دیجیتال، متعادل سازی هیستوگرام می‌باشد. این روش ساده و مؤثر است، اما معمولاً منجر به افزایش غیرمنطقی کنتراست و نمایش تصاویر به شکل غیرطبیعی و ضعیف می‌شود. همچنین، متوسط روشنایی تصاویر نیز به درستی حفظ نمی‌شود. در این مقاله، یک روش جدید برای متعادل سازی تصاویر با حفظ روشنایی معرفی شده است. این روش با استفاده از منطق فازی، هیستوگرام تصویر اصلی را تغییر می‌دهد و با اعمال یک فرآیند قطع، نرخ متعادل سازی را کنترل می‌کند. در ابتدا، میانگین شدت سطوح خاکستری را پیدا کرده و هیستوگرام را به دو بخش تقسیم می‌کنیم. سپس با پیدا کردن میانگین دو زیرهیستوگرام، هیستوگرام را به چهار بخش تقسیم می‌کنیم. برای متعادل سازی پویا، یک محدوده جدید تعریف و هر کدام از زیرهیستوگرام‌ها به تنهایی متعادل می‌شوند. در پایان، با هدف حفظ میانگین روشنایی، یک فرآیند نرمال‌سازی روی تصویر خروجی اعمال می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که عملکرد این روش جدید بهبود چشمگیری در کیفیت تصاویر سیاه و سفید هواشناسی با حفظ روشنایی داشته است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

A Novel Histogram Equalization Method for Enhancing the Quality of Black-and-White Meteorological Images Maintaining Brightness

نویسندگان English

Nooshin Allahbakhshy 1
Mohammad Bagher Karimi 2
Yashar Salami 3
1 Graduate of Master's degree in Department of Computer and Information Technology Engineering, Khoy Branch, Islamic Azad University, Khoy, Iran
2 Assistant Professor of Department of Computer and Information Technology Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
3 Department of Computer and Information Technology Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
چکیده English

Increasing contrast is one of the vital issues in meteorological image processing, which is crucial for improving image quality and weather condition detection. One of the most common methods for enhancing contrast in digital images is histogram equalization. This method is simple and effective, but it often leads to illogical contrast enhancement and displaying images in an unnatural and poor manner. Furthermore, the average brightness of the images is not properly preserved. In this article, a new method for balancing images while maintaining brightness is introduced. This method modifies the histogram of the original image using fuzzy logic and controls the balancing rate by applying a thresholding process. Initially, the average intensity of gray levels is found, and the histogram is divided into two parts. Then, by finding the average of the two sub-histograms, the histogram is divided into four parts. For dynamic equalization, a new range is defined, and each of the sub-histograms is balanced individually. Finally, a normalization process is applied to the output image to preserve the average brightness. Simulation results show that this new method has significantly improved the quality of black and white meteorological images while maintaining brightness.

کلیدواژه‌ها English

Fuzzy
Histogram
Meteorology
Quality
  1. Abdullah-Al-Wadud, M., Kabir, M. H., Dewan, M. A. A., & Chae, O. (2007). A dynamic histogram equalization for image contrast enhancement. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 53(2), 593–600.
  2. Acharya, U. K., & Kumar, S. (2021). Directed searching optimized mean-exposure based sub-image histogram equalization for grayscale image enhancement. Multimedia Tools and Applications, 80(16), 24005–24025.
  3. Almotairi, K. H. (2020). A Global Two-Stage Histogram Equalization Method for Gray-Level Images. J. ICT Res. Appl, 14(2), 95–114.
  4. Babu, P., & Rajamani, V. (2015). Contrast enhancement using real coded genetic algorithm based modified histogram equalization for gray scale images. International Journal of Imaging Systems and Technology, 25(1), 24–32.
  5. Chen, S.-D., & Ramli, A. R. (2003a). Contrast enhancement using recursive mean-separate histogram equalization for scalable brightness preservation. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 49(4), 1301–1309.
  6. Chen, S.-D., & Ramli, A. R. (2003b). Minimum mean brightness error bi-histogram equalization in contrast enhancement. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 49(4), 1310–1319.
  7. Chen, Y.-Y., & Chen, S.-A. (2015). Exposure-based weighted dynamic histogram equalization for image contrast enhancement. International Journal of Automation and Smart Technology, 5(1), 27–38.
  8. Dhal, K. G., Das, A., Ray, S., Gálvez, J., & Das, S. (2021). Histogram equalization variants as optimization problems: a review. Archives of Computational Methods in Engineering, 28, 1471–1496.
  9. Ghabousian, R., & Allahbakhshi, N. (2015). Survey of Contrast Enhancement Techniques based on Histogram Equalization. Int. J. Rev. Life Sci, 5(8), 901–908.
  10. Gonzalez, R. C. (2009). Digital image processing. Pearson education india.
  11. Grigoryan, A. M., & Agaian, S. S. (2019). Gradient based histogram equalization in grayscale image enhancement. Mobile Multimedia/Image Processing, Security, and Applications 2019, 10993, 132–142.
  12. Ibrahim, H., & Kong, N. S. P. (2007). Brightness preserving dynamic histogram equalization for image contrast enhancement. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 53(4), 1752–1758.
  13. Kim, Y.-T. (1997). Contrast enhancement using brightness preserving bi-histogram equalization. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 43(1), 1–8.
  14. Masra, S. M. W., Pang, P. K., Muhammad, M. S., & Kipli, K. (2012). Application of particle swarm optimization in histogram equalization for image enhancement. 2012 IEEE Colloquium on Humanities, Science and Engineering (CHUSER), 294–299.
  15. Ooi, C. H., & Isa, N. A. M. (2010). Quadrants dynamic histogram equalization for contrast enhancement. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 56(4), 2552–2559.
  16. Rivera-Aguilar, B. A., Cuevas, E., Pérez, M., Camarena, O., & Rodríguez, A. (2024). A new histogram equalization technique for contrast enhancement of grayscale images using the differential evolution algorithm. Neural Computing and Applications, 1–17.
  17. Sarrafzadeh, H., Rezazadeh, F., & Shanbehzadeh, J. (2013). Brightness preserving fuzzy dynamic histogram equalization.
  18. Sengee, N., & Choi, H. K. (2008). Brightness preserving weight clustering histogram equalization. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 54(3), 1329–1337.
  19. Sheet, D., Garud, H., Suveer, A., Mahadevappa, M., & Chatterjee, J. (2010). Brightness preserving dynamic fuzzy histogram equalization. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 56(4), 2475–2480.
  20. Sim, K. S., Tso, C. P., & Tan, Y. Y. (2007). Recursive sub-image histogram equalization applied to gray scale images. Pattern Recognition Letters, 28(10), 1209–1221.
  21. Singh, K., & Kapoor, R. (2014). Image enhancement using exposure based sub image histogram equalization. Pattern Recognition Letters, 36, 10–14.
  22. Srikanth, R., Sowmya, K. L., Anjana, S., Vamshi, G., & Reddy, A. R. M. (2022). Improved Image Enhancement of Natural Images with Median Mean-Based Sub-Image Clipped Histogram Equalization. Soft Computing for Security Applications: Proceedings of ICSCS 2021, 873–887.
  23. Wang, Y., Chen, Q., & Zhang, B. (1999). Image enhancement based on equal area dualistic sub-image histogram equalization method. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 45(1), 68–75.
  24. Wongsritong, K., Kittayaruasiriwat, K., Cheevasuvit, F., Dejhan, K., & Somboonkaew, A. (1998). Contrast enhancement using multipeak histogram equalization with brightness preserving. IEEE. APCCAS 1998. 1998 IEEE Asia-Pacific Conference on Circuits and Systems. Microelectronics and Integrating Systems. Proceedings (Cat. No. 98EX242), 455–458.
  25. Wu, P.-C., Cheng, F.-C., & Chen, Y.-K. (2010). A weighting mean-separated sub-histogram equalization for contrast enhancement. 2010 International Conference on Biomedical Engineering and Computer Science, 1–4.
  26. Ye, B., Jin, S., Li, B., Yan, S., & Zhang, D. (2023). Dual Histogram Equalization Algorithm Based on Adaptive Image Correction. Applied Sciences, 13(19), 10649.
  27. Zhu, Y., & Huang, C. (2012). An adaptive histogram equalization algorithm on the image gray level mapping. Physics Procedia, 25, 601–608.
  28. Zhuang, L., & Guan, Y. (2017). Image enhancement via subimage histogram equalization based on mean and variance. Computational Intelligence and Neuroscience, 2017(1), 6029892.
  29. Zuo, C., Chen, Q., & Sui, X. (2013). Range limited bi-histogram equalization for image contrast enhancement. Optik, 124(5), 425–431.

  • تاریخ دریافت 09 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 29 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 10 مهر 1403
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1403