數(shù)字圖像處理圖像變換實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、數(shù)字圖象處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一圖象變換實(shí)驗(yàn)主而大摩實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：圖像處理姓名：劉強(qiáng)班級：電信1102學(xué)號：1404110128實(shí)驗(yàn)一圖像變換實(shí)驗(yàn)一一圖像點(diǎn)運(yùn)算、幾何變換及正交變換一、實(shí)驗(yàn)條件PC機(jī)數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件大量樣圖二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)使用“數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件系統(tǒng)”，能夠進(jìn)行圖像處理方面的 簡單操作；2、熟悉圖像點(diǎn)運(yùn)算、幾何變換及正交變換的基本原理，了解編程實(shí)現(xiàn)的具體 步驟；3、觀察圖像的灰度直方圖，明確直方圖的作用和意義；4、觀察圖像點(diǎn)運(yùn)算和幾何變換的結(jié)果，比較不同參數(shù)條件下的變換效果；5、觀察圖像正交變換的結(jié)果，明確圖像的空間頻率分布情況。三、實(shí)驗(yàn)原理1、圖像灰度直方圖

2、、點(diǎn)運(yùn)算和幾何變換的基本原理及編程實(shí)現(xiàn)步驟圖像灰度直方圖是數(shù)字圖像處理中一個最簡單、最有用的工具，它描述了一 幅圖像的灰度分布情況，為圖像的相關(guān)處理操作提供了基本信息。圖像點(diǎn)運(yùn)算是一種簡單而重要的處理技術(shù)，它能讓用戶改變圖像數(shù)據(jù)占據(jù)的 灰度范圍。點(diǎn)運(yùn)算可以看作是“從象素到象素”的復(fù)制操作，而這種復(fù)制操作是 通過灰度變換函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。如果輸入圖像為 A(x,y),輸出圖像為B(x,y),則點(diǎn)運(yùn) 算可以表小為：B(x,y)=fA(x,y)其中f(x)被稱為灰度變換(Gray Scale Transformation GST)函數(shù)，它描述了輸入 灰度值和輸出灰度值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。一旦灰度變換函數(shù)確定，

3、該點(diǎn)運(yùn)算就完全 確定下來了。另外，點(diǎn)運(yùn)算處理將改變圖像的灰度直方圖分布。點(diǎn)運(yùn)算又被稱為 對比度增強(qiáng)、對比度拉伸或灰度變換。點(diǎn)運(yùn)算一般包括灰度的線性變換、閾值變 換、窗口變換、灰度拉伸和均衡等。圖像幾何變換是圖像的一種基本變換，通常包括圖像鏡像變換、圖像轉(zhuǎn)置、 圖像平移、圖像縮放和圖像旋轉(zhuǎn)等，其理論基礎(chǔ)主要是一些矩陣運(yùn)算，詳細(xì)原理 可以參考有關(guān)書籍。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了圖像灰度直方圖、點(diǎn)運(yùn)算和幾何變換相關(guān)內(nèi)容的文字說明， 用戶在操作過程中可以參考。下面以圖像點(diǎn)運(yùn)算中的閾值變換為例給出編程實(shí)現(xiàn) 的程序流程圖，如下：輸入圖像賦值02、圖像正交變換的基本原理及編程實(shí)現(xiàn)步驟數(shù)字圖像的處理方法主要有空域法和頻域

4、法，點(diǎn)運(yùn)算和幾何變換屬于空域法。 頻域法是將圖像變換到頻域后再進(jìn)行處理，一般采用的變換方式是線性的正交變 換（酉變換），主要包括傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換、霍特林變換 和小波變換等。正交變換被廣泛應(yīng)用于圖像特征提取、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖 像壓縮和圖像識別等領(lǐng)域。正交變換實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是快速傅立葉變換（FFT）,其原理過于復(fù)雜，可以參考 有關(guān)書籍，這里不再贅述。至于FFT的編程實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)采用的方法是：首先編制 一個一維FFT程序模塊，然后調(diào)用該模塊對圖像數(shù)據(jù)的列進(jìn)行一維 FFT,再對行 進(jìn)行一維FFT,最后計(jì)算并顯示幅度譜。程序流程圖如下：行一維FFT四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖像灰度直方圖點(diǎn)運(yùn)算：圖

5、像反色、灰度線性變換、閾值變換、窗口變換、灰度拉伸和灰度均衡幾何變換：圖像鏡像變換、圖像轉(zhuǎn)置、圖像平移、圖像縮放和圖像旋轉(zhuǎn)正交變換：傅立葉變換、離散余弦變換、沃爾什變換、霍特林變換和小波正 反變換一、/汪忠：1、所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均針對8位BMP灰度圖像進(jìn)行處理，其它格式（如 JPG）的圖 像可以利用系統(tǒng)提供的圖像格式轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行處理；2、本次實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是圖像的灰度直方圖和點(diǎn)運(yùn)算 ，幾何變換和正交變換只作一 般性了解。五、實(shí)驗(yàn)步驟以圖像灰度閾值變換為例說明實(shí)驗(yàn)的具體步驟，其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的步驟與此類似。1、打開計(jì)算機(jī)，在系統(tǒng)桌面上雙擊“數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件系統(tǒng)”的可執(zhí) 行文件“圖象處理”

6、的圖標(biāo)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；2、執(zhí)行文件一打開，在OPEN寸話框中選擇待處理的圖像，按【OK后系統(tǒng)顯示 出圖像；3、執(zhí)行查看一圖像基本信息，將顯示圖像基本信息對話框，如圖所示;55 5r手居激如母林學(xué)生烷至期中文陶-Couple1口 回.看:3 外闡 ke； ,皿m MBkHi -jjtfTwh(q 睇隨 w匚同f .電i 品叁瞥 ri h|e f c-|m - g p|k -，|dtj |u 0 |=啥土Em A圖雷基本信息:圖像格式，日MP圖像文件大小，1G777216Bylce實(shí)際校圖融據(jù)大小UBylce圖像寬度:25GPixels：圖像高度，謝Pixels調(diào)色板顏色勘，256調(diào)色板大小1D2

7、4Bylcs設(shè)備水平分辨率，2&3A設(shè)蕾垂直分辨率，出4確定取消就福芍享4、執(zhí)行查看一灰度直方圖，查看圖像的灰度直方圖，如圖所小;馴裒申青有時謳京掌實(shí)請至的中交陶-Cauplel5、執(zhí)行圖像變換一正交變換一傅立葉變換，查看圖像的頻率域分布情況，如圖 所示；6、執(zhí)行圖像變換一正交變換一小波變換，查看圖像經(jīng)過小波變換的效果，如圖 所示；7、執(zhí)行圖像變換一點(diǎn)運(yùn)算一閾值變換，修改閾值變換對話框中的閾值參數(shù)，如 圖所示；成植參敕.閾值；甑藥說委述普設(shè)坐裔的圖的下 一花當(dāng)* 一 建T個的和分 明,s6L 一到若*更篁值反 杏案闌* 二用K政為 白臼福, 黑光工.謨 盾售值值lut出至方 口.要.:,.I先

8、E 條口4戶度 5!用灰 稻 01 秋，很理傕 酊可值巾囪3 出字四堂處迪岐學(xué)立若至擷金之王I匚口 up間與原圖像進(jìn)行比較,8、設(shè)置完閾值參數(shù)后按【OK，系統(tǒng)顯示閾值變換后的圖像, 觀察閾值變換的效果，如圖所示；9、重復(fù)步驟4,查看閾值變換后圖像的直方圖分布情況;回 嘉落一要力的指 翳$，分，是需到 的-Su 一 一，.文南Bilg的具詼加藥尿-誓，萬:上了下-才 -E 布學(xué) 的累契像一俄直一曾任避區(qū)峽&磨舌制 5罌一反進(jìn)E,度Z /的-2智護(hù)為度0-越后JE， 贊0t:率地理禁直況查 期素步蘭為翟三姓贊.度甘定設(shè)備在一一L 萬g-甲清叵匕r聲十力一LJ活布一 k.! 奧具示機(jī)況、要由王 54

9、1受r克必用但.整度用，或的 明學(xué)青值髓r零囑 .阮日京宜的一琵蜘R汪聒文定E_灰度期范圍；下眼0一上限|甌取梢喉口重復(fù)步驟5,查看閾值變換后圖像的頻率域分布情況;10、11、執(zhí)行文件一保存或另存為，保存處理后的圖像；12、執(zhí)行文件一重新加載，重新加載原始圖像，但要注意先前對圖像的處理將會 丟失；汪忠：13、在執(zhí)行步驟2時可能會出現(xiàn)有些圖像文件不能打開的情況，如圖所示，此時 可以先利用圖像格式轉(zhuǎn)換工具將圖像文件轉(zhuǎn)換為 8位BMF像，再利用系統(tǒng) 進(jìn)行處理。步驟14和15是使用圖像格式轉(zhuǎn)換工具的方法；14、在桌面上雙擊圖像格式轉(zhuǎn)換工具 Jpg2bmp的圖標(biāo)，進(jìn)入轉(zhuǎn)換工具界面，如圖 所示；15、按照

10、界面提示，把JPG格式的圖像文件轉(zhuǎn)換成8位BMF像。步驟13示意圖步驟14示意圖六、思考題1、圖像灰度線性變換、閾值變換、窗口變換、灰度拉伸和灰度均衡之間有何 區(qū)別？灰度線性變換就是將圖像的像素值通過指定的線性函數(shù)進(jìn)行變換，以此增強(qiáng)或者減弱圖像的灰度?；叶鹊拈撝底儞Q可以讓一幅圖像變成黑白二值圖?；叶鹊拇翱谧儞Q也是一種常見的點(diǎn)運(yùn)算。它的操作和閾值變換類似。從實(shí)現(xiàn) 方法上可以看作是灰度折線變換的特列。窗口灰度變換處理結(jié)合了雙固定閾 值法，與其不同之處在于窗口內(nèi)的灰度值保持不變?；叶壤煊纸凶鰧Ρ榷壤?，它與線性變換有些類似，不同之處在于灰度拉 伸使用的是分段線性變換，所以它最大的優(yōu)勢是變換函數(shù)可以

11、由用戶任意合 成?；叶染馐窃鰪?qiáng)圖像的有效方法之一?；叶染馔瑯訉儆诟倪M(jìn)圖像的方法， 灰度均衡的圖像具有較大的信息量。從變換后圖像的直方圖來看，灰度分布 更加均勻。2、利用圖像鏡像和旋轉(zhuǎn)變換可以實(shí)現(xiàn)圖像轉(zhuǎn)置嗎？如果可以，應(yīng)該怎樣實(shí) 現(xiàn)？可以。進(jìn)行一次鏡像變換，順（逆）時針旋轉(zhuǎn)兩次，再以與第一次相反的方 向鏡像變換。實(shí)驗(yàn)二圖像增強(qiáng)及復(fù)原實(shí)驗(yàn)七、實(shí)驗(yàn)條件PC機(jī)數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件大量樣圖八、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟練使用“數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件系統(tǒng)”；2、熟悉圖像增強(qiáng)及復(fù)原的基本原理，了解編程實(shí)現(xiàn)的具體步驟；3、觀察圖像中值濾波、平滑、銳化和偽彩色編碼的結(jié)果，比較不同參數(shù)條件 下的圖像增強(qiáng)效果；4、觀

12、察圖像退化和復(fù)原的結(jié)果，比較不同復(fù)原方法的復(fù)原效果。九、實(shí)驗(yàn)原理1、圖像增強(qiáng)和復(fù)原的基本原理對降質(zhì)圖像的改善處理通常有兩類方法：圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇地進(jìn)行突 出，并衰減圖像的次要信息，改善后的圖像不一定逼近原始圖像，只是增強(qiáng)了圖 像某些方面的可讀性，如突出了目標(biāo)輪廓，衰減了各種噪聲等。圖像增強(qiáng)可以用 空域法和頻域法分別實(shí)現(xiàn)，空域法主要是在空間域中對圖像象素灰度值直接進(jìn)行 運(yùn)算處理，一般包括中值濾波、模板平滑和梯度銳化等，空域法可以用下式來描 述：g(x,y)= f(x,y)*h(x,y)其中f(x,y)是處理前圖像，g(x,y)表示處理

13、后圖像，h(x,y)為空間運(yùn)算函數(shù)。圖像增 強(qiáng)的頻域法是在圖像的頻率域中對圖像的變換值進(jìn)行某種運(yùn)算處理，然后變換回 空間域，系統(tǒng)涉及的各種濾波器屬于頻域法增強(qiáng)，這是一種間接處理方法，可以 用下面的過程模型來描述：政頻域正變換修正系皆畫過1Gt爐)嬲應(yīng)變軟 式X?其中：F(u,v尸即 f(x,y), G(u,v尸 F(u,v)H(u,v), g(x,y尸熊G(u,v),四和襄分 別表示頻域正變換和反變換。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了圖像增強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容的文字說明，用 戶在操作過程中可以參考。圖像復(fù)原是針對圖像降質(zhì)的原因，設(shè)法去補(bǔ)償降質(zhì)因素，使改善后的圖像盡 可能逼近原始圖像，提高了圖像質(zhì)量的逼真度。關(guān)于圖像復(fù)原的

14、詳細(xì)原理可以參 考相關(guān)書籍，這里不再贅述。本系統(tǒng)提供了圖像的噪聲退化、卷積退化和運(yùn)動模 糊退化操作，并提供了相應(yīng)的逆濾波復(fù)原、維納復(fù)原和運(yùn)動模糊復(fù)原操作。本次實(shí)驗(yàn)中圖像復(fù)原只作一般性了解。2、編程實(shí)現(xiàn)步驟下面以圖像增強(qiáng)中的中值濾波操作為例給出編程實(shí)現(xiàn)的程序流程圖，如下:指定中值濾波器調(diào)用中弱崛數(shù)T調(diào)用中值計(jì)篁函數(shù)十、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖像增強(qiáng)：中值濾波、圖像模板平滑、理想低通濾波器平滑、巴特沃斯低通 濾波器平滑、梯度銳化、拉普拉斯銳化、理想高通濾波器銳化、 巴特沃斯高通濾波器銳化和偽彩色編碼圖像復(fù)原：圖像的噪聲退化、卷積退化、卷積加噪聲退化、運(yùn)動模糊退化、 逆濾波復(fù)原、維納復(fù)原和運(yùn)動模糊復(fù)原一、/汪忠：

15、3、所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均針對8位BMP灰度圖像進(jìn)行處理；4、本次實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是圖像增強(qiáng)中的中值濾波和模板平滑，圖像復(fù)原只作一般性了解。H一、實(shí)驗(yàn)步驟以圖像中值濾波操作為例說明實(shí)驗(yàn)的具體步驟，其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的步驟與此類似。11、 打開計(jì)算機(jī)，在系統(tǒng)桌面上雙擊“數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件系統(tǒng)”的可執(zhí)行文件“圖象處理”的圖標(biāo)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；12、 執(zhí)行文件一打開，在OPEN寸話框中選擇待處理的圖像，按【OH后系統(tǒng)顯示出圖像；)I 0回 a13、 執(zhí)行查看一圖像基本信息，將顯示圖像基本信息對話框，如圖所示9荔才需爆（甘定4s學(xué)空.隹至僑L中文版）-Couple1B77ZZ16 Bylcs Bylce Pixels

16、PixeVs 256TmBylcspiH號噌I國wi BixselsJnt圖像基本信息: 圖像格式1日MP 圖豫文件大小二 實(shí)際校圖融據(jù)大小， 圖像寬度， 圖像高度, 調(diào)色板顏毆i； 調(diào)色板大小 鍛備水平分斛率， 設(shè)智垂直分鐘率，取消M於714、 執(zhí)行查看一灰度直方圖，查看圖像的灰度直方圖，如圖所小；53數(shù)才軍激甘訴4s學(xué)交錢至拄L中文I圖-(CcuplejB 由朋M WD fkH-HtQ *MBJ 13酬 WbtujQ 般京叁號 Ri H F l-CWUSGP N因像基本;圖德格式，日MP 圖像文件大小、 實(shí)際校圖融據(jù)大小， 圖像寬度， 圖像高度, 調(diào)色板顏鬣外 調(diào)色板大小 設(shè)備水平分斛率，

17、 設(shè)備垂直分鐘率，11242BM取消BylcBBylce Pixel bPixelsBylcspixselim15、 執(zhí)行圖像變換一正交變換一傅立葉變換,查看圖像的頻率域分布情況,如圖所示；16、 執(zhí)行圖像增強(qiáng)一中值濾波，選擇或自定義對話框中的濾波器參數(shù)，如圖所示；致學(xué)至拿處理6字臉S統(tǒng)中文帳-CcUplTl圖甲0圖便嗎如 圖事莘原iR螞摩分肝(情 打蝌初口 度噂更理5 gp(W) J3(bO 斗 . .一 一 ,_ 一 ”3f H 典鼐口值中的像圖 菜圖的若ar卷以于時 番隙但 且,中值濾波密st531中殖漁潑廣1泡中情海彼廣3m中值凝波自定義中值瞰濾波器高度，b微耀獻(xiàn)i中心元素水平坐標(biāo)：

18、pi 中心元源垂直空標(biāo)：p一做 | 噌消 |17、 設(shè)置完濾波器參數(shù)后按【OK，系統(tǒng)顯示中值濾波后的圖像，與原圖像進(jìn)行比較，觀察中值濾波的效果，如圖所示；明過學(xué)到堂處理初學(xué)實(shí)控層海中交悅-口叩同一I回11Tl18、重復(fù)步驟4,查看中值濾波后圖像的直方圖分布情況;的苴饒屠囪.姓述七英鼎等傳 的青，分，是 ,割電的一由善用.坐.一母.2二：吊清型門卜，.i國S!下照晚處我在學(xué)主粘于苑中立由.| - Couple明 說曰直由保聲遞個筑叫W正1k值更r的冢別；篋一世宜一窩.TF誨tRss 良瞿圖選圖度之鬣在HK1-2 %用到的和I重圖皇_詹0- 搦里放：者圖強(qiáng)“操友方，篇灰一品 至達(dá)圖總-垣條百沅育！

19、志 的清函帶副宴三 5 父耳示、累夏大羽h白若愛H 必用箱一強(qiáng)度用,我 k管償布運(yùn)怖.晉爰評韶7/砧近 座空度東點(diǎn)J白裔莊九雕玉篇灰度級范圍下限 |n 一上限網(wǎng)-旗走19、重復(fù)步驟5,查看中值濾波后圖像的頻率域分布情況;10、執(zhí)行文件一保存或另存為，保存處理后的圖像；11、執(zhí)行文件一重新加載，重新加載原始圖像，但要注意先前對圖像的處理將會 丟失。十二、 思考題1、圖像中值濾波和模板平滑之間有何區(qū)別？圖像平滑處理就是用平滑模板對圖像進(jìn)行處理，以減少圖像的噪聲。而中值 濾波是一種非線性的信號處理方法。2、圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原之間有何區(qū)別?圖像增強(qiáng)：利用一定的技術(shù)手段，不用考慮圖像是否失真（即原 始圖像在變 換后可能會失真）而且不用分析圖像降質(zhì)的原因。