Equalização de Histograma (CLAHE)

Use a equalização adaptativa de histograma com contraste limitado (AHE) para melhorar o contraste em imagens. A equalização de histograma comum calcula uma equalização global, enquanto um método adaptativo calcula vários histogramas, cada um correspondendo a uma seção distinta da imagem, e os utiliza para redistribuir os valores de luminosidade da imagem. É adequada para melhorar o contraste local e realçar a definição das bordas em cada região de uma imagem. Uma variante da equalização adaptativa de histograma, a equalização adaptativa de histograma com contraste limitado (CLAHE), limita a tendência da AHE de amplificar excessivamente o ruído em regiões relativamente homogêneas de uma imagem.

CLAHE é suportado a partir do ImageMagick 7.0.8-24 com a opção -clahe:

-clahe widthxheight{%}{+}number-bins{+}clip-limit{!}

A imagem é dividida em ladrilhos de width por height pixels. Acrescente % para definir a largura e a altura como percentuais das dimensões da imagem. O tamanho do ladrilho deve ser maior que o tamanho das características a serem preservadas e respeita a proporção da imagem. Adicione ! para forçar uma largura e altura de ladrilho exatas. number-bins é o número de bins de histograma por ladrilho (mín. 2, máx. 65536). O número de bins de histograma deve ser menor que o número de pixels em um único ladrilho. clip-limit é o limite de contraste para mudanças localizadas de contraste. Um clip-limit de 2 a 3 é um bom ponto de partida (por exemplo, -clahe 50x50%+128+3). Valores muito grandes deixarão a equalização de histograma fazer o que quiser, ou seja, resultar em contraste local máximo. O valor 1 resultará na imagem original. Observe que, se o número de bins e o clip-limit forem omitidos, eles assumem por padrão 128 e nenhum recorte, respectivamente.

Para visualizar os benefícios do CLAHE, temos uma imagem de montanhas com baixo contraste:

Podemos melhorar a imagem com a equalização global de histograma:

Podemos melhorar ainda mais a imagem com a técnica de processamento de imagem de equalização adaptativa de histograma com contraste limitado:

A última imagem foi produzida com este comando:

magick mountains.jpg -clahe 25x25%+128+3 mountains-clahe.jpg

O argumento 25x25% divide a imagem em 16 ladrilhos para realizar o realce de contraste local. As dimensões da imagem são 1500x1000, portanto os ladrilhos têm exatamente 375x250 pixels cada. Em vez de uma percentagem, você pode especificar as dimensões do ladrilho diretamente com 375x250.

Para tamanhos de ladrilho que não dividem uniformemente as dimensões da imagem, o CLAHE utiliza pixels virtuais e, dessa forma, os resultados podem variar ligeiramente conforme o método de pixel virtual escolhido. Por exemplo,

magick mountains.jpg -virtual-pixel mirror -clahe 300x300+128+3! mountains-clahe.jpg

Observe o !. Isso força o tamanho do ladrilho a exatamente 300x300 pixels, enquanto que, sem o !, o tamanho do ladrilho respeita a proporção da imagem e resulta em dimensões de ladrilho de 300x200.