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C H AP TE R 1
I N T R O D U C T I O N AND SCOPE OF THE WORK
1.1 D i g i t a l I m a g e P r o c e s s i n g a n d its Sco p e
D i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g £ 1 — 18 J h as m a d e a g r e a t i m p a c t • in t h e f i e l d of s c i e n c e a n d e n g i n e e r i n g s p e c i a l l y in a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e [2j. W,ith the t r e m e n d o u s a d v a n c e m e n t of t h e t e c h n o l o g y a s s o c i a t e d w i t h the r e c e n t d i g i t a l c o m p u t e r s , t h e r e h a s b e e n a c o n s i d e r a b l e g r o w t h of i n t e r e s t in t h e c h a l l e n g i n g t a s k of b u i l d i n g m a c h i n e s f or v i s u a l p e r c e p t i o n a n d r e c o g n i t i o n t h a t c a n p e r c e i v e , l e a r n , t h i n k a n d t a k e d e c i s i o n s . To a c c o m p l i s h s u c h u n s u r m o u n t a b l e t a s k , o n e m u s t u n d e r s t a n d t h e l o g i s t i c s i n v o l v e d in t h e p r o c e s s of h u m a n v i s u a l p e r c e p t i o n a nd r e c o g n i t i o n £ 1 9 , 2 0 j. O n e n e e d s to c a r e f u l l y a n a l y s e a n d i m p l e m e n t v a r i o u s s t e p s i n v o l v e d in t h e p r o c e s s of h u m a n v i s i o n a n d i n t e l l i g e n t p a t t e r n r e c o g n i t i o n . P e r h a p s , t he d i s c r e t e s t r u c t u r e of t he
v i s u a l r e c e p t o r s in t h e r e t i n a ( r o d s and p o n e s ) of the e y e w h e r e t h e h u m a n v i s i o n b e g i n s g a v e an i m p e t u s in t he e m e r g e n c e of t h i s n e w f i e l d , b e c a u s e t h e h u m a n v i s i o n i t s e l f is a p r o c e s s i n v o l v i n g d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g . W h e n t h e v i s u a l i n f o r m a t i o n is r e c e i v e d by h u m a n v i s u a l s y s t e m , t he p r o c e s s is r e f e r r e d as s i g h t , p e r c e p t i o n o r u n d e r s t a n d i n g . W h e n a c o m p u t e r r e c e i v e s and processes such, v i s u a l i n f o r m a t i o n , t h e p r o c e s s is r e f e r r e d to as c o m p u t e r or d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g a n d r e c o g n i t i o n .
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A g r e a t i m p o r t a n c e h a s b e e n i m p o s e d in t h i s f i e l d , b e c a u s e 7 5 % ( a p p r o x ) of t h e i n f o r m a t i o n r e c e i v e d by t h e h u m a n b e i n g is v i s u a l [ 3 ,20 ]. T h e f i e l d of d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g h a d e x p e r i e n c e d a m a j o r i m p e t u s w h e n the f a s t F o u r i e r t r a n s f o r m (F F T ) a l g o r i t h m £ 2 3 - 3 1 ] h a d c o m e i n t o e x i s t e n c e in h a n d l i n g s u c h t w o d i m e n s i o n a l d a t a a n a l y s i s a nd w h e n t he c o s t of t h e s e m i c o n d u c t o r
i n t e g r a t e d c i r c u i t (IC) h a d g o n e d ow n . T h e l o w c o s t I C 1s fo r
r e f r e s h m e m o r y h a d h e l p e d in a c h i e v i n g n e w e r i m a g e d i s p l a y s y s t e m s . T h e p r o c e s s i n g a n d s t o r a g e of t he l a r g e d a t a w o u l d be c o n s t r a i n e d , if t h e t e c h n o l o g y f o r d o i n g so w e r e s t i l l t i e d to t he t e c h n o l o g y o f 1 9 6 5 .
T h e r e h a s b e e n i n c r e a s i n g a c c e p t a n c e of t h e n o t i o n t h a t t h e h u m a n v i s u a l s y s t e m p e r f o r m s a v a r i e t y of p a r a l l e l o p e r a t i o n on i n p u t s c e n e . T h i s g i v e s t h e i m p e t u s for t h e d e v e l o p m e n t of p a r a l l e l p r o c e s s o r s [3 2] a n d r e a l t i m e d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g s y s t e m £33J b a s e d on t he e x p e r i e n c e g a i n e d by t h e h u m a n v i s u a l s y s t e m a n d on t h e p h e n o m e n a r e l a t e d to n a t u r a l p r o c e s s e s . A l l t h e s e r e q u i r e m e n t s d e m a n d a s i m p l e r a l g o r i t h m [ 1 3 8 - 1 3 9 J t h a t r e q u i r e s .less c o m p u t a t i o n t i m e a n d m e m o r y so t h a t the r e a l t i m e i m p l e m e n t a t i o n is p o s s i b l e to s u p p l e m e n t t he h u m a n v i e w i n g
a b i l i t y by i n t e l l i g e n t m a c h i n e . By t h i s p r o c e s s , th e i n i t i a l c o n c e p t o f f r e q u e n c y d o m a i n a p p r o a c h is b e c o m i n g o u t d a t e d d a y by d a y a n d t h e c o n c e p t of s p a t i a l d o m a i n a p p r o a c h is b e c o m i n g m o r e a n d m o r e e f f i c i e n t , p o p u l a r a n d c o m p a t i b l e to n a t u r a l p r o c e s s e s .
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In a b r o a d s e n s e , an i m a g e is n o t h i n g m o r e t h a n a t w o -
d i m e n s i o n a l f u n c t i o n [3 4] w h o s e v a r i a t i o n in g r a y s c a l c d e s c r i b e p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n . The f i e l d of d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g d e a l s w i t h t he m a n i p u l a t i o n of s u c h d a t a m a i n l y for two p r i n c i p l e a p p l i c a t i o n a r e a s , n a m e l y , t h e i m p r o v e m e n t of p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n f o r h u m a n i n t e r p r e t a t i o n , a n d i n c r e a s i n g t h e p r o b a b i l i t y of c o r r e c t d e t e c t i o n a n d r e c o g n i t i o n t h r o u g h a u t o n o m o u s s y s t e m s . T h e r e a re v a r i o u s a p p l i c a t i o n a r e a s , w h e r e r e a l t i m e i m a g e p r o c e s s i n g s y s t e m s [33] a r e b e c o m i n g e s s e n t i a l . In i n t e r a c t i v e
a p p l i c a t i o n s , s u c h as b i o m e d i c a l i m a g e 'analysis [ 3 7 - 4 1 ] a nd i n d u s t r i a l a u t o m a t i o n [42] , r e a l t i m e t e c h n i q u e s are i m p o r t a n t not o n l y in t e r m s o f i n c r e a s i n g p r o d u c t i v i t y b u t a l s o for i m p r o v i n g q u a l i t y by r e d u c i n g o p e r a t o r ' s e r r o r a s s o c i a t e d w i t h v i s u a l f e e d b a c k d e l a y s . S u c h i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s i n c l u d e p r o d u c t a s s e m b l y a n d t e s t i n g by a u t o m a t e d i n s p e c t i o n of p i c t u r e s g e n e r a t e d by i n f r a r e d r a d i a t i o n , v i s i b l e r a d i a t i o n , X - r a y s a nd
■ *!
u l t r a s o n i c s . In a p p l i c a t i o n s l i k e r o b o t i c s a n d m i l i t a r y s y s t e m s , r e a l t i m e i m a g e p r o c e s s i n g t e c h n i q u e s are o f t e n r e q u i r e d in a p r e p r o c e s s i n g s t a g e in o r d e r to i n c r e a s e the p r o b a b i l i t y of
c o r r e c t p a t t e r n d e t e c t i o n an d r e c o g n i t i o n . T h e a p p l i c a t i o n s a re
i
g e n e r a l l y c h a r a c t e r i s e d by l a r g e d a t a t h r o u g h p u t r e q u i r e m e n t w h i c h c a n o n l y be m e t by h a r d w a r e c a p a b l e of o p e r a t i n g in r e a l t i m e .
B i o m e d i c a l a p p l i c a t i o n s o f i m a g e p r o c e s s i n g i n v o l v e c o r r e c t i n t e r p r e t a t i o n o f r a d i o g r a p h s , c e l l i m a g e s a n d t i s s u e m i c r o g r a p h s . In m e t a l l u r g i c a l a n d g e o l o g i c a l s c i e n c e s , d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g f i n d s a p p l i c a t i o n s in t h e a n a l y s e s o f f r a c t o g r a p h i c
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p i c t u r e s a n d e l e c t r o n m i c r o s c o p i c i m a g e s . In c o m p u t e r and.
i n f o r m a t i o n s c i e n c e s it d e a l s w i t h a u t o m a t i c r e a d i n g a nd r e c o g n i t i o n of a l p h a n u m e r i c c h a r a c t e r s , d r a w i n g s , g e o m e t r i c a l c o n f i g u r a t i o n s a n d p i c t u r e s etc. In n a t u r a l r e s o u r c e e s t i m a t i o n , it d e a l s w i t h a l g o r i t h m s for a u t o m a t i c i n t e r p r e t a t i o n of s a t e l l i t e a n d a e r o p h o t o s . G a r d n e r h a s p r e s e n t e d a n u m b e r of s u c h a p p l i c a t i o n s in h i s e d i t e d b o o k [ 5 5 ] ,
T h e a b o v e m e n t i o n e d a p p l i c a t i o n s n e e d t e c h n i q u e s for e n h a n c i n g p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n for h u m a n i n t e r p r e t a t i o n an d a n a l y s i s . I m a g e e n h a n c e m e n t t e c h n i q u e s h a v e b e e n u s e d to p r o c e s s d e g r a d e d i m a g e s d e p i c t i n g u n r e c o v e r a b l e o b j e c t s . T h e r e h a v e b e e n i n s t a n c e s in a r c h e o l o g y , w h e r e b l u r r e d i m a g e s w h i c h w e r e t he o n l y a r t i f a c t s l o s t or d a m a g e d a f t e r b e i n g p h o t o g r a p h e d , h a v e b e e n s u c c e s s f u l l y d e b l u r r e d e n h a n c i n g t h e p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n s f or v i s u a l i n t e r p r e t a t i o n . In p h y s i c s a nd r e l a t e d
f i e l d s , i m a g e s of I' e x p e r i m e n t s in h i g h e n e r g y p l a s m a s or e l e c t r o n m i c r o s c o p y [57] a r e r o u t i n e l y e n h a n c e d by c o m p u t e r t e c h n i q u e s .
I m a g e e n h a n c e m e n t t e c h n i q u e h a s a l s o b e e n u s e d s u c c e s s f u l l y in m i l i t a r y r e c o g n i z a n c e , a s t r o n o m y [64], a n d n u c l e a r s c i e n c e [ 65] . Q u a l i t y i m p r o v e m e n t of p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n by e n h a n c e m e n t
t e c h n i q u e s t a r t e d s i n c e 1 9 2 0 w h e n t h e d i g i t i s e d n e w s p a p e r
p i c t u r e s [66-68 ] w e r e t r a n s r e c e i v e d b e t w e e n L o n d o n a n d N e w Y o r k . It r e c e i v e d m o r e i m p o r t a n c e w h e n the J e t P r o p u l s i o n L a b o r a t o r y w a s a s s i g n e d t h e t a s k of p r o v i d i n g t e l e v i s i o n c o v e r a g e o f m a n ' s l a n d i n g on m o o n in t he y e a r 1 9 6 4 . S i n c e t h e n , m a n y p a p e r s h a v e b e e n p u b l i s h e d g i v i n g v a r i o u s t e c h n i q u e s to i m p r o v e t h e p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n . B u t t he u l t i m a t e g o a l is y e t to be r e a c h e d .
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1 . 2 S c o p e of t h e p r e s e n t w o r k
T h e e n h a n c e m e n t p r o c e s s h a s l o n g b e e n c o n s i d e r e d i r r e v e r s i b l e in n a t u r e w h e r e the o b j e c t i v e h a s b e e n s p e c i f i e d as a t e c h n i q u e to p r o c e s s a g i v e n i m a g e so t h a t the r e s u l t i n g i m a g e is m o r e s u i t a b l e t h a n t h e o r i g i n a l for s p e c i f i c a p p l i c a t i o n . T h e t e r m !i " s p e c i f i c " is t h u s p r o b l e m o r i e n t e d . H e r e t h e m a i n a i m is to e x t r a c t p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n e i t h e r for.
h u m a n i n t e r p r e t a t i o n or for i m p r o v i n g t he p o s s i b i l i t y of c o r r e c t d e t e c t i o n a nd r e c o g n i t i o n u s i n g a u t o n o m o u s s y s t e m .
W h e n o n e is i n t e r e s t e d w i t h t he f i r s t aim, h u m a n b e i n g b e c o m e s t h e p a r t o f t h e p r o c e s s i n g s y s t e m a nd h e n c e t h e p s y c h o p i c t o r i a l p h e n o m e n o n i n v o l v e d s h o u l d be c o n s i d e r e d . T h e p r a c t i c a b i l i t y a n d c o m p a t i b i l i t y w i t h h u m a n p e r c e p t u a l p r o c e s s i n g t h r o u g h v i s i o n a n d w i t h t h e n a t u r a l p r o c e s s e s of d e g r a d a t i o n s h o u l d be g i v e n i m p o r t a n c e by i n t e r f a c i n g w i t h a m a t c h e d e n h a n c e m e n t a l g o r i t h m in a l l s u c h c a s e s .
A n y t y p e o f q u a l i t y i m p r o v e m e n t is b e i n g c o n s i d e r e d as e n h a n c e m e n t . T h i s is to be q u e s t i o n e d . W h e n e v e r , o n e h a s to p r o c e s s a g i v e n i m a g e , o n e m u s t l o o k for the t y p e of o v e r a l l d e g r a d a t i o n . T h e d e g r a d a t i o n m a y be d u e to t h e l o w c o n t r a s t , w h e r e a l m o s t a l l t h e g r a y l e v e l s are c l o s e l y c l u s t e r e d g i v i n g i l l u s i o n o f u n i f o r m g r a y t o n e . In s u c h c a s e s , th e r a t i o of h i g h to l o w f r e q u e n c y F o u r i e r c o m p o n e n t s a r e l o w e n o u g h p r o d u c i n g p o o r v i s i b i l i t y . T he d e g r a d a t i o n m a y a l s o be d u e to e x t r a - h i g h c o n t r a s t h a v i n g l o w i m a g e d e t a i l s . S u c h o v e r e n h a n c e m e n t p r o v i d e o n l y f e w e d g e i n f o r m a t i o n s , b u t m o s t o f t h e l o c a l d e t a i l s ar e l o s t in t he w i d e u n i f o r m b a c k g r o u n d .
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To e x t r a c t t h e d e t a i l s f r o m s u c h i n f e r i o r q u a l i t y i m a g e , the i n v e r s e p r o c e s s h a s to be a p p l i e d . T h e e x p e r i m e n t a l i m a g e s a m p l e c o n s i d e r e d by S t o c k h a m [ 4 5 ] is a t y p i c a l i n f e r i o r q u a l i t y i m a g e h a v i n g d e t a i l s o b s c u r e d by t h e g l a r e of t he e x c e s s i v e l i g h t . A d o u b t r e m a i n s to be s o l v e d is w h e t h e r s u c h an e x p e r i m e n t a l i m a g e s h o u l d be i m p r o v e d u s i n g f o r w a r d e n h a n c e m e n t p r o c e s s or t h e r e v e r s e p r o c e s s . T h e a u t h o r f e l t a n e e d f or r e v e r s e p r o c e s s for s u c h i m a g e s a n d he l i k e s to c a l l it d e e n h a n c e m e n t [l3 9] . W i t h t h i s d e e n h a n c e m e n t p r o c e s s , t he h i g h l y e n h a n c e d i m a g e h a v i n g e x t r a h i g h c o n t r a s t a nd h a v i n g l o w i m a g e d e t a i l s c an be b r o u g h t b a c k n e a r e r to the b e s t p o s s i b l e i m a g e of a n y n a t u r a l s c e n e as v i e w e d by a ny h u m a n b e i n g .
W i t h t h e i n t r o d u c t i o n of t h i s n e w c o n c e p t [l39], th e i m p o r t a n c e o f e n h a n c e m e n t p r o c e s s h as i n c r e a s e d m a n i f o l d . By t h i s r e v e r s i b l e e n h a n c e m e n t d e e n h a n c e m e n t (RED ) p r o c e s s , t h e g e n e r a l i s a t i o n o f t h e e n h a n c e m e n t t e c h n i q u e is f u r t h e r s t r e n g t h e n e d by e n c o m p a s s i n g t h e p r o b l e m w h i c h is d i f f i c u l t t o be s o l v e d by t h e i r r e v e r s i b l e e n h a n c e m e n t p r o c e s s . T h e p r o p o s e d t e c h n i q u e is e x p e c t e d to e n c o m p a s s a l m o s t a ll t h e m e t h o d s
p r o p o s e d by t h e v a r i o u s r e s e a r c h e r s for i m a g e c o n t r a s t e n h a n c e - ■’ m e n t f o r v i e w i n g i n t e r p r e t a t i o n . As t h e r e is no s t a n d a r d
m a t h e m a t i c a l s p e c i f i c a t i o n to e v a l u a t e t h e q u a l i t y o f t h e d e s i r e d e n h a n c e d i m a g e , o n e h a s to d e p e n d o n t h e s u b j e c t i v e
e v a l u a t i o n o f t h e i n d i v i d u a l v i e w e r s . T h i s e v a l u a t i o n c r i t e r i o n n e e d s a s i m p l e , p o w e r f u l a n d f a s t e n h a n c e m e n t a l g o r i t h m .
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T h e o b j e c t i v e of t h i s t h e s i s is to p r e s e n t the g r a d u a l d e v e l o p m e n t s c a r r i e d ou t by t h e a u t h o r in h i s r e c e n t w o r k s
[ 1 3 7 - 1 5 0 J o u t of w h i c h s o m e Qf t h e i n i t i a l r e s u l t s h a v e a l r e a d y b e e n p u b l i s h e d . T h e t h e s i s c o n t a i n s t he t h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s c a r r i e d o u t d e m o n s t r a t i n g t he e f f e c t i v e n e s s o f t he i d e a s m e n t i o n e d a b o v e . An e x h a u s t i v e e x p e r i m e n t a t i o n o f the p r o p o s e d a l g o r i t h m ha s b e e n c a r r i e d ou t on a s m a l l s t a n d a r d e x p e r i m e n t a l i m a g e . T h e a u t h o r h a d to w o r k w i t h m i n i m u m c o n f i g u r a t i o n of t he c o m p u t e r i n s t a l l a t i o n ( I R I S - 8 0 C o m p u t e r at V a r i a b l e E n e r g y C y c l o t r o n C e n t r e , B h a b h a A t o m i c R e s e a r c h C e n t r e , C a l c u t t a ) h a v i n g l i n e p r i n t e r o u t p u t w i t h o v e r p r i n t i n g f a c i l i t y as t h e o n l y d i s p l a y d e v i c e . H o w e v e r , t h i s h a d p r o v i d e d g r e a t i m p e t u s to d e v e l o p a m o s t e f f e c t i v e a l g o r i t h m to i m p r o v e t h e v i e w i n g a b i l i t y by u s i n g R E D p r o c e s s . T h i s h a d a l s o prdivided g u a r a n t e e of a v o i d i n g c o n f u s i o n w i t h t h e b u i l t - i n c o n t r a s t of t h e T.V. m o n i t o r s , as the d i s p l a y is t a k e n w i t h l i n e p r i n t e r o u t p u t r a t h e r t h a n on T . V . s c r e e n .
F o r m u l a t i o n o f t r a n s f o r m a t i o n f u n c t i o n a n d t h e i r i m p l e m e n t a t i o n s h o w t h e i n g e n u i t y w h i c h p r o v i d e s a s i m p l e b u t p o w e r f u l t e c h n i q u e g i v i n g e n o u g h e n c o u r a g i n g results.,
In C h a p t e r 2, an e x t e n s i v e l i t e r a t u r e s u r v e y h a s b e e n c a r r i e d o u t to o u t l i n e t h o s e t e c h n i q u e s w h i c h a r e c l a s s i c (i.e.
h a v e b e e n o f r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n i n t e r e s t fo r l a s t 1 0 - 1 5 y e a r s ) or h a v e m a d e a g r e a t i m p a c t in a s h o r t p e r i o d of t i m e by v i r t u e of t h e i r i m p o r t a n c e [43-49] . T h e r e a re v a r i o u s w a y s o f c l a s s i f y i n g t h e e x i s t i n g t e c h n i q u e s [ 1 6 - 1 8 ] . T r a n s f o r m
d o m a i n ( F o u r i e r or H a d a m a r d ) [33] a nd s p a t i a l d o m a i n a r e t h e t w o
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8
m a i n c a t e g o r i e s [ l - 5 J . T h e s u p e r i o r i t y of t h e d i r e c t c o n t r a s t t r a n s f o r m a t i o n t e c h n i q u e s [3] a n d the e n h a n c e m e n t u s i n g f u z z y s e t [48-34] h a s b e e n f o c u s s e d . T h i s h as b e e n f u r t h e r s t r e s s e d by i n t r o d u c i n g t h e c o n c e p t of n o n l i n e a r d e g r a d a t i o n t h a t o c c u r in m o s t of t h e i n f e r i o r q u a l i t y i m a g e . D u e to the l a c k of
m a t h e m a t i c a l e v a l u a t i o n c r i t e r i o n for i m a g e q u a l i t y , i m p o r t a n c e of h u m a n s u b j e c t i v i t y c an n o t be i g n o r e d , r a t h e r it h e l p s to d e v e l o p an i m p r o v e d a l g o r i t h m .
T h e e s s e n c e of t h e b a s i c c o n c e p t on w h i c h a u t h o r ' s w o r k h a s b e e n c a r r i e d o u t is e l a b o r a t e d in C h a p t e r 3. S o m e of t h e b a s i c c o n c e p t u n d e r l y i n g t he n a t u r a l p r o c e s s o f d e g r a d a t i o n h a s b e e n f o c u s s e d . C e r t a i n g e n e r a l p r o p e r t i e s of p s y c h o v i s u a l
i n t e r p r e t a t i o n o f p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n h a s b e e n e l a b o r a t e d to s p e c i f y c e r t a i n g u i d e l i n e s f o r s m o o t h d e v e l o p m e n t of t he p r o p o s e d a l g o r i t h m . E m p h a s i s is g i v e n to the p r o c e s s of n o n l i n e a r d e g r a d a t i o n a n d it h a s b e e n s h o w n t h a t s u c h d e g r a d a t i o n c a u s e s f r e q u e n c y d i s t o r t i o n , v a r i a t i o n s of s t a t i s t i c a l p a r a m e t e r s , v a r i a t i o n s of h i s t o g r a m s a n d e n t r o p y e t c . , l e a d i n g to t he c o n f u s i o n a n d e m e r g e n c e of v a r i o u s pr.oblem fariented [1-3, 1 6 - 1 8 ] p a r t i a l s o l u t i o n s . C a u s e a n d e f f e c t r e l a t i o n s h a s b e e n c l e a r l y e l a b o r a t e d . It h a s b e e n s h o w n t h a t all c o n t r a s t d e g r a d a t i o n s m a y be a c h i e v e d by t h e c o n c e p t of n o n l i n e a r d e g r a d a t i o n a n d t h e s o l u t i o n s t h r o u g h R E D p r o c e s s u s i n g S - t y p e v i s u a l r e s p o n s e
c h a r a c t e r i s t i c ( V R C ) as t r a n s f o r m a t i o n f u n c t i o n s . T h i s l e a d s to t h e c o n c e p t o f f o r c e d e n h a n c e m e n t [ 1 4 3 ] , S e v e r a l r e s e a r c h e r s h a v e u s e d t h e p h e n o m e n o n of l o g a r i t h m i c r e s p o n s e of e y e . B u t
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t h e y d i d n ot c o n s i d e r t he l o w e r s a t u r a t i o n e f f e c t a l o n g w i t h u p p e r l o g a r i t h m i c s a t u r a t i o n to m a k e it m o r e r e a l i s t i c . I n c o r p o r a t i o n o f s u c h c h a r a c t e r i s t i c s h o u l d be f l e x i b l e e n o u g h s u c h t h a t v a r i o u s p s y c h o p i c t o r i a l r e q u i r e m e n t s are s a t i s f i e d e a s i l y . So, v a r i o u s p s y c h o p i c t o r i a l p h e n o m e n a h a v e b e e n c a r e f u l l y s t u d i e d b e f o r e i m p l e m e n t a t i o n . To m a t c h t h e s e p s y c h o - p i c t o r i a l p h e n o m e n a , any a l g o r i t h m p r o p o s e d to aid t h e h u m a n v i s u a l p e r c e p t i o n , s h o u l d be s i m p l e , f l e x i b l e , p o w e r f u l a n d f a s t . E n h a n c e m e n t is g e n e r a l l y c a r r i e d o u t to aid the
f e a t u r e e x t r a c t i o n p r o c e s s . A f l e x i b l e S - f u n c t i o n h a s b e e n s h o w n as a p o w e r f u l t o o l to b o t h e n h a n c e a n d e x t r a c t s u b j e c t i v e f e a t u r e s .
I m p l e m e n t a t i o n of t h e n o v e l c o n c e p t of r e v e r s i b l e e n h a n c e m e n t d e e n h a n c e m e n t of d i g i t a l i m a g e s h a s b e e n p r e s e n t e d in
C h a p t e r 4. S - f u n c t i o n h a s b e e n g e n e r a t e d by u s i n g s i n u s o i d a l f u n c t i o n [ 1 3 8 ] f r o m -90° to +90°. T h e c o n c e p t of t h r e s h o l d [137 ] h a s b e e n i n t r o d u c e d to m a n i p u l a t e v a r i o u s f e a t u r e s a n d t h e i r
c o n t r a s t s . To do t h i s t h e e n t i r e g r a y s c a l e h a s b e e n d i v i d e d i n t o t w o c l a s s e s . o r r e g i o n s f r o m b l a c k l e v e l to t h r e s h o l d as r e g i o n 1 (-90° to 0°) a nd f r o m t h r e s h o l d to w h i t e l e v e l as . r e g i o n 2 (0° to 90°). T h i s l e a d s to a f a s t c o m p u t a b l e , e a s i l y i m p l e m e n t a b l e , s i m p l e a n d p o w e r f u l t r a n s f o r m a t i o n [138 ]. A l l p o s s i b l e m a n o e u v e r i n g of t r a n s f o r m a t i o n f u n c t i o n f r o m l i n e a r to e x t r e m e n o n l i n e a r , s h i f t i n g up a nd d o w n , l e f t a n d r i g h t ,
s y m m e t r i c a l a n d u h s y m m e t r i c a l are t a k e n c a r e o f by s i m p l e c h o i c e o f f e w p a r a m e t e r s . By t h e a b o v e c h o i c e s a d r a s t i c c h a n g e is
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p o s s i b l e in t h e e n h a n c e d i m a g e f r o m l o w l e v e l to h i g h l e v e l of e n h a n c e m e n t . V a r i o u s f e a t u r e s m a y be s e l e c t e d and m a d e p r o m i n e n t by t h e v a r i o u s c h o i c e s of the t h r e s h o l d s .
T h e c o n c e p t of d e e n h a n c e m e n t [ l 3 9 j h a s b e e n i m p l e m e n t e d by t he i n v e r s e t r a n s f o r m a t i o n q = T -1 (q ) to o b t a i n t h e
o 3 e
o r i g i n a l or d e e n h a n c e d g r a y l e v e l s g Q f r o m t h e e n h a n c e d g r a y l e v e l s -g . As t h e r e is no s t a n d a r d m a t h e m a t i c a l c r i t e r i o n to e v a l u a t e t h e q u a l i t y of t he p r o c e s s e d i m a g e s a n d as o n e h a s to d e p e n d on s u b j e c t i v e e v a l u a t i o n , v a r i o u s l e v e l s of c o n t r a s t h a v e b e e n p r o d u c e d by f o r w a r d a n d i n v e r s e t r a n s f o r m a t i o n s .
A f u r t h e r u n d e r s t a n d i n g of h u m a n v i s u a l p e r c e p t i o n h a s p r o d u c e d t h e c o n c e p t of f o r c e d e n h a n c e m e n t [l45j. The i m p l e m e n t a t i o n of t h e a b o v e c o n c e p t h a s b e e n p r e s e n t e d in C h a p t e r 5.
W h e n o n e f o l l o w s l o g a r i t h m i c r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c as t r a n s f o r m a t i o n f u n c t i o n ( T . F . ) a n d t r i e s to m a t c h t h i s T.F. w i t h t h a t o f h u m a n v i s u a l r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c (V RC ) , it p r o d u c e s b e s t s u b j e c t i v e l y p l e a s i n g r e s u l t s . T h i s f o r c e d m a t c h i n g of c o m p u t e r a l g o r i t h m s a t i s f i e s t h e s u b j e c t i v e r e q u i r e m e n t m a x i m u m . T h e c o n c e p t o f f o r c e d e n h a n c e m e n t h as b e e n i m p l e m e n t e d by u s i n g t w o p i e c e w i s e l o g a r i t h m i c f u n c t i o n s The l o w e r s a t u r a t i o n
( w h o s e l a w of r e s p o n s e is u n k n o w n ) is a p p r o x i m a t e d by an i n v e r t e d l og f u n c t i o n . A l l t h e p o s s i b l e m a n o e u v e r i n g o f the t r a n s f o r m a t i o n f u n c t i o n b e c o m e e a s y by s i m p l e c h o i c e of f e w p a r a m e t e r s . T h i s h e l p s in t he r e d u c t i o n o f t h e n u m b e r of
p a r a m e t e r s . T h e c o n c e p t o f d e e n h a n c e m e n t h a s a l s o been i m p l e m e n t e d in t h i s c a s e .
.10
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u
T h e c o n c e p t o-jf. f u z z y se t [ 6 9 - 8 1 ] d e s c r i b e s the s i t u a t i o n in w h i c h t h e i m p r e c i s ^ T i o n is due to f u z z i n e s s or v a g u e n e s s r a t h e r t h a n r a n d o m n e s s . In h u m a n i s t i c p r o b l e m l i k e v i s u a l p e r c e p t i o n , s p e c i a l l y w h e n t h e h u m a n s u b j e c t i v i t y is of p r i m e i m p o r t a n c e , the t h e o r y of f u z z y s e t p l a y s an i m p o r t a n t r o l e . T h e p r o b l e m u n d e r c o n s i d e r a t i o n h a s t h e i m p r e c i s i o n in p i c t o r i a l i n f o r m a t i o n d ue to t h e a m b i g u i t y of t h e m u l t i v a l u e d l e v e l s of b r i g h t n e s s r a t h e r t h a n r a n d o m n e s s of t h o s e l e v e l s . In C h a p t e r 6, a n e w se t of
f u z z i f i e r s , c o n t r a s t i n t e n s i f i c a t i o n o p e r a t o r " I N T " a nd d e e n h a n c e m e n t o p e r a t o r " D E N " h a v e b e e n p r o p o s e d a n d i m p l e m e n t e d [ l 4 1 - 1 4 3 j . Th e o p e r a t o r s " I N T " a n d " D E N " w e r e i m p l e m e n t e d by u s i n g b o t h
s i n u s o i d a l a n d l o g a r i t h m i c t r a n s f o r m a t i o n f u n c t i o n s ’p r o p o s e d in C h a p t e r 4 an d 5. P a l a n d K i n g ' s [ ^ 8 - 5 4 j m e t h o d is s t r e n g t h e n e d by t h i s c o n c e p t . T h i s n e w c o n c e p t u s i n g f u z z y s et ma y be c o n s i d e r e d to be m o r e r e a l i s t i c a n d c o m p a t i b l e ’ to the n a t u r a l p r o c e s s .
S i g n i f i c a n t f e a t u r e s of R E D p r o c e s s h a v e b e e n e l a b o r a t e d in C h a p t e r 7 by s p e c i f y i n g s o m e of the a p p l i c a t i o n a r e a s . T h e R E D p r o c e s s n o t o n l y i m p r o v e s t h e c o n t r a s t b u t a l s o h a s a p p l i c a t i o n s , as e n v i s a g e d now, in t h e a r e a of p i c t u r e t r a n s m i s s i o n , c o d i n g , i n t e r p o l a t i o n a n d e d g e c r i s p e n i n g . S i m u l a t i o n o f p i c t u r e t r a n s m i s s i o n [ 1 4 4 ] h a s b e e n c a r r i e d o u t by R E D p r o c e s s u s i n g s m a l l e x p e r i m e n t a l i m a g e . I n t e r p o l a t i o n p r o b l e m h a s b e e n t r i e d o u t u s i n g R E D p r o c e s s . P r o b l e m of e d g e c r i s p e n i n g [ 1 4 0 ] h a s p r o d u c e d
v a r i o u s e d g e a c c e n t u a t e d r e s u l t s w h i c h a r e m o r e s u b j e c t i v e l y p l e a s i n g a n d c o n t a i n s e n o u g h d e t a i l s at t he b a c k g r o u n d .
C o n c l u s i o n a n d f u t u r e s c o p e of the w o r k h a s b e e n p r e s e n t e d in C h a p t e r 8. R e s u l t s h a v e b e e n p r o d u c e d w i t h s m a l l e x p e r i m e n t a l
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i m a g e . It c a n be a p p l i e d on v a r i o u s t y p e s of d i g i t a l i m a g e s . I m p l e m e n t a t i o n of t h e R E D p r o c e s s is s i m p l e , f a s t and p o w e r ful. By t h i s r e v e r s i b l e p r o c e s s , the g e n e r a l i s a t i o n of t h e e n h a n c e m e n t t e c h n i q u e h a s b e e n f u r t h e r s t r e n g t h e n e d by
e n c o m p a s s i n g t h e p r o b l e m w h i c h is d i f f i c u l t to be s o l v e d by i r r e v e r s i b l e e n h a n c e m e n t p r o c e s s . The e f f o r t is s i m p l e , bu t t h e r e s u l t s ar e e n c o u r a g i n g .
