中南大學(xué)2016數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字圖像的基本操作和灰度變換一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解數(shù)字圖像的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2. 熟悉Matlab中數(shù)字圖像處理的基本函數(shù)和基本使用方法 3. 掌握?qǐng)D像灰度變換的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法 4. 掌握直方圖均衡化增強(qiáng)的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法二、實(shí)驗(yàn)原理與方法1. 圖像灰度的線(xiàn)性變換灰度的線(xiàn)性變換可以突出圖像中的重要信息。通常情況下，處理前后的圖像灰度級(jí)是相同的，即處理前后的圖像灰度級(jí)都為0，255。那么，從原理上講，我們就只能通過(guò)抑制非重要信息的對(duì)比度來(lái)騰出空間給重要信息進(jìn)行對(duì)比度展寬。 0255 255圖1.1 對(duì)比度線(xiàn)性變換關(guān)系設(shè)原圖像的灰度為，處理后的圖像的灰度為

2、，對(duì)比度線(xiàn)性展寬的原理示意圖如圖1.1所示。假設(shè)原圖像中我們關(guān)心的景物的灰度分布在，區(qū)間內(nèi)，處理后的圖像中，我們關(guān)心的景物的灰度分布在，區(qū)間內(nèi)。在這里，也就是說(shuō)我們所關(guān)心的景物的灰度級(jí)得到了展寬。根據(jù)圖中所示的映射關(guān)系中分段直線(xiàn)的斜率我們可以得出線(xiàn)性對(duì)比度展寬的計(jì)算公式：， ， （1-1） ，（；）其中，圖像的大小為×。2. 直方圖均衡化 直方圖均衡化是將原始圖像通過(guò)某種變換，得到一幅灰度直方圖為均勻分布的新圖像的方法。 離散圖像均衡化處理可通過(guò)變換函數(shù)：來(lái)實(shí)現(xiàn)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1熟悉MATLAB語(yǔ)言中數(shù)字圖像處理函數(shù)的使用。2. 圖像灰度線(xiàn)性變換的實(shí)現(xiàn) 1）讀入一幅灰度圖像test

3、1.tif，顯示其灰度直方圖 2）根據(jù)圖像灰度直方圖，選擇所關(guān)心的圖像景物的灰度分布范圍fa,fb，以及擬變換的灰度分布范圍ga,gb 3）實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的灰度線(xiàn)性變換 4）調(diào)整，的值，觀察對(duì)處理結(jié)果的影響。3. 圖像的均衡化處理 1）讀入一幅灰度圖像test2.tif,求出其直方圖 2）利用Matlab函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的均衡化處理 3）同屏顯示處理前后的圖像和灰度直方圖，說(shuō)明處理前后直方圖的變化以及對(duì)應(yīng)的灰度變化四、思考問(wèn)題1在映射關(guān)系中，分段直線(xiàn)的斜率的大小對(duì)圖像處理結(jié)果有哪些影響？2在進(jìn)行對(duì)比度擴(kuò)展時(shí)，如果確定和選取所關(guān)心的景物？3. 直方圖均衡化適用于什么形式的灰度分布情形？五、附灰度線(xiàn)性變換

4、部分實(shí)現(xiàn)代碼設(shè)計(jì)兩重循環(huán)（即：for (i=1:m) for(j=1:n)）按照公式（1-1），給出新圖像的每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值；（因?yàn)樵贛ATLAB中，圖像的像素值為uint8型數(shù)據(jù)描述的，而這種類(lèi)型不允許進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，所以要對(duì)F進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，即:f=double(f);然后，在進(jìn)行循環(huán)處理。）設(shè)輸入圖像f(i,j),輸出圖像仍放入f(i,j)中 ,圖像大小為× for i=1:m for j=1:n if f(i,j)<fa f(i,j)=a* f(i,j);elseif f(i,j)<fb ;else endend end六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理。

5、2編寫(xiě)MATLAB程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。3分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4回答思考問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)二 圖像的空間域增強(qiáng)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 熟悉圖像空間域增強(qiáng)方法，掌握增強(qiáng)模板使用方法2. 掌握均值濾波器、中值濾波器的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法3. 掌握?qǐng)D像銳化的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法4. 驗(yàn)證圖像濾波處理結(jié)果二、實(shí)驗(yàn)原理與方法圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容之一，其目的是根據(jù)應(yīng)用需要突出圖像中的某些“有用”信息，削弱或去除不需要的信息，以改善圖像的視覺(jué)效果,或突出圖像的特征，便于計(jì)算機(jī)處理。圖像增強(qiáng)可以在空間域進(jìn)行，也可以在頻率域中進(jìn)行。空間域?yàn)V波主要利用空間模板進(jìn)行，如3´3，5´5模板等。一般來(lái)說(shuō)，使用

6、大小為m×n 的濾波器對(duì)大小為M×N 的圖像f進(jìn)行空間濾波，可表示成： 其中，m=2a+1, n=2b+1, 𝑤(𝑠,𝑡)是濾波器系數(shù)，𝑓(𝑥,𝑦)是圖像值均值濾波器是一種空間平滑濾波器，它是對(duì)包含噪聲的圖像上的每個(gè)像素點(diǎn)，用它鄰域內(nèi)像素的平均值替代原來(lái)的像素值。例如，采用一個(gè)3×3的模板，待處理的像素為f(i,j)，則處理后圖像對(duì)應(yīng)的像素值為g(i-1,j+1)g(i,j)=1/9*(f(i-1,j-1)+f(i-1,j)+f(i-1,j+1)+f(i,j-1)+f(

7、i,j)+f(i,j+1)+f(i+1,j-1)+f(i+1,j)+f(i+1,j+1); 中值濾波器也是一種空間平滑濾波器，它是對(duì)以圖像像素點(diǎn)為中心的一個(gè)滑動(dòng)窗口內(nèi)的諸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原來(lái)灰度值，因此它是一種非線(xiàn)性的圖像平滑法。采用Laplacian銳化算子進(jìn)行圖像邊緣的銳化，是采用二階差分運(yùn)算獲得像素間的差異值，由此，獲得對(duì)圖像景物邊界的銳化。Laplacian也可以算子也可以寫(xiě)成是模板作用的方式，如下：設(shè)待處理的像素為f(i,j)，則處理后圖像對(duì)應(yīng)的像素值為g(i-1,j+1)，則g(i,j)=4*f(i,j) -(f(i-1,j-1)+f(i,j-1)+f(i,

8、j+1)+f(i+1,j); 常用的銳化算子還有Roberts、Prewitt和Sobel算子等三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1讀入一幅256×256 大小、256 級(jí)灰度的數(shù)字圖像test32. 圖像的平滑濾波處理1）對(duì)原圖像分別加入高斯噪聲、椒鹽噪聲。2）利用鄰域平均法，分別采用3´3，5´5模板對(duì)加噪聲圖像進(jìn)行平滑處理，顯示原圖像、加噪圖像和處理后的圖像。3）利用中值濾波法，分別采用3´3，5´5模板對(duì)加噪聲圖像進(jìn)行去噪處理，顯示原圖像、加噪圖像和處理后的圖像。4）比較各種濾波方法和濾波模板的處理結(jié)果3. 圖像的銳化處理 1）利用Laplacian

9、銳化算子（=-1）對(duì)256×256 大小、256 級(jí)灰度的數(shù)字圖像test4進(jìn)行銳化處理，顯示處理前、后圖像。 2) 分別利用Roberts、Prewitt 和Sobel 邊緣檢測(cè)算子，對(duì)數(shù)字圖像test4進(jìn)行邊緣檢測(cè)，顯示處理前、后圖像。四、思考問(wèn)題1采用均值濾波、中值濾波，對(duì)高斯噪聲和椒鹽噪聲的抑制哪種比較有效？2模板大小的不同，所處理效果有何不同？為什么？3對(duì)Laplacian銳化算子的處理結(jié)果中，對(duì)小于0的部分，采用不同的方法標(biāo)準(zhǔn)化到0,255時(shí)，圖像的顯示效果有什么不同？為什么？五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理。2編寫(xiě)MATLAB程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。3分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

10、4回答思考問(wèn)題。 實(shí)驗(yàn)三 圖像的傅里葉變換和頻域處理一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 熟悉圖像空間域和頻率域的關(guān)系，掌握快速傅里葉變換2. 掌握離散傅里葉變換的性質(zhì)和應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)原理與方法圖像既能在空間域處理，也能在頻率域處理。把圖像信息從空域變換到頻域，可以更好地分析、加工和處理二維離散傅立葉正變換的表達(dá)式為逆變換為：二維離散傅立葉變換具有若干性質(zhì)，如：線(xiàn)性性、平移性、可分離性、周期性、共軛對(duì)稱(chēng)性、旋轉(zhuǎn)不變性等?？衫秒x散傅里葉變換，將信號(hào)從空間域變換到頻率域，在頻率域選擇合適的濾波器H(u,v)對(duì)圖像的頻譜成分進(jìn)行處理，然后經(jīng)逆傅立葉變換得到處理圖像，實(shí)現(xiàn)圖像處理結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1產(chǎn)生一幅如圖所示亮塊圖像f(x,y)（256×256 大小、暗處=0，亮處=255）,對(duì)其進(jìn)行FFT：（1）同屏顯示原圖f 和FFT(f)的幅度譜圖；（2）若令f1(x,y)=（-1）x+y f（x,y)，重復(fù)以上過(guò)程，比較二者幅度譜的異同，簡(jiǎn)述理由；（3）若將f1(x,y)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45 度得到f2(x,y)，試