C++とOpenCVでヒストグラム平坦化を適用する方法

ヒストグラムとは、画像における輝度（明るさ）の分布を表すものです。例えば、色深度が8ビットの画像を考えてみましょう。これは各ピクセルが0から255までの値を持つことを意味します。画像がRGB画像であれば、赤・緑・青の3つのチャンネルで構成されています。例えば、画像のある点に赤の成分だけが含まれている場合、その色情報は赤チャンネルに記録され、ピクセルの値は0〜255の間で変化します。0は赤がまったくない状態、255は赤が最も強い状態を表します。

ヒストグラムは、すべてのチャンネル・すべての色についてこのような分布を可視化できます。ピクセルの値を操作することで、特定の色の強度を調整することも可能です。例えば、赤チャンネルの濃さを高めたい場合は、赤チャンネルの値を変更します。

ここでは、まずグレースケール画像に対してヒストグラム平坦化を適用してみましょう。グレースケール画像は黒と白のみで構成されるため、チャンネルは1つだけです。この画像も8ビット画像であり、輝度値は0〜255の範囲を持ちます。OpenCVでは0が黒、255が白を表します。ヒストグラム平坦化を行うと、偏っていた輝度の分布が全体的に引き伸ばされ、画像のコントラストが改善されます。

以下のコードでは、カラー画像を読み込んでグレースケールに変換した後、OpenCVのequalizeHist関数を使ってピクセル値の平坦化を行います。

それでは、OpenCVでヒストグラム平坦化を適用するプログラムを見ていきましょう。

サンプルコード

#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include<opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
using namespace cv;
using namespace std;
int main() {
    Mat original;//行列を宣言//
    original = imread("view.jpg");//画像を読み込む
    Mat gray;//行列を宣言//
    cvtColor(original, gray, COLOR_BGR2GRAY);//グレースケールに変換//
    Mat hist;//行列を宣言//
    equalizeHist(gray, hist);//ヒストグラム平坦化を適用
    namedWindow("Original");//元画像用のウィンドウ//
    namedWindow("gray");//グレースケール画像用のウィンドウ//
    namedWindow("histogram");//平坦化後の画像用ウィンドウ//
    imshow("Original", original);//元画像を表示//
    imshow("gray", gray);//グレースケール画像を表示//
    imshow("histogram", hist);//平坦化後の画像を表示
    waitKey(0);//キー入力を待機//
    return(0);
}

実行結果

実行すると、元画像・グレースケール画像・ヒストグラム平坦化を適用した画像の3つのウィンドウが表示されます。平坦化を適用した画像では、暗部と明部のコントラストがはっきりと強調され、ディテールが見やすくなっていることが確認できます。