數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字圖像處理學(xué) 院公安技術(shù)學(xué)院班 級(jí)2013級(jí)信息安全本科班姓 名學(xué)號(hào)二二一二二一年十月十四日實(shí)驗(yàn)一 圖像增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握灰度直方圖的概念及其計(jì)算方法；2、掌握基本的圖象增強(qiáng)方法，觀察圖象增強(qiáng)的效果，加深對(duì)灰度直方圖的理解; 3、掌握直方圖均衡化原理;4、利用MATLAB程序進(jìn)行圖像增強(qiáng).二、實(shí)驗(yàn)原理圖像增強(qiáng)是按指定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)，消弱或去除某些不需要的信息的處理方法。其主要目的是處理后的圖像對(duì)某些特定的應(yīng)用比原來(lái)的圖像更加有效。圖像增強(qiáng)技術(shù)主要有直方圖修正處理，圖像平滑化處理，圖像尖銳化處理等。本實(shí)驗(yàn)以灰度變換，直方圖均衡化增強(qiáng)圖像對(duì)

2、比度的方法為主要內(nèi)容。1.直方圖是圖像的最基本的統(tǒng)計(jì)特征，它反應(yīng)的是圖像的灰度值的分布情況。圖像的直方圖事實(shí)上就是圖像的亮度分布的概率密度函數(shù)，是一幅圖像的所有像素集合的最基本的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。直方圖反映了圖像的明暗分布規(guī)律，可以通過圖像變換進(jìn)行直方圖調(diào)整，獲得較好的的視覺效果。2.直方圖均衡化是通過灰度變換將一幅圖像轉(zhuǎn)換為另一幅具有均衡直方圖，即每個(gè)灰度級(jí)上都具有相同像素點(diǎn)數(shù)的過程。直方圖均衡化的目的是使圖像在整個(gè)灰度值動(dòng)態(tài)變化范圍內(nèi)的分布均勻化，改善圖像的亮度分布狀態(tài)，增強(qiáng)圖像的視覺效果。3.灰度線性變換是圖像增強(qiáng)的重要手段之一，它可使圖像動(dòng)態(tài)范圍加大，使圖像對(duì)比度擴(kuò)展，圖像更加清晰，特征更加明

3、顯原圖像 f(m,n) 的灰度范圍 a,b 線形變換為圖像 g(m,n),灰度范圍a,b公式： g(m,n)=a+(b-a)* f(m,n) /(b-a三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.計(jì)算出一幅灰度圖象的直方圖； 2.對(duì)灰度圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的灰度線形變換 原圖像 f(m,n) 的灰度范圍 a, b ； 線形變換為圖像g(m,n) , 灰度范圍a, b ； 公式： g(m,n)=a+(b-a)* f(m,n) /(b-a)3. 圖像二值化 （選取一個(gè)域值，將圖像變?yōu)楹诎讏D像） 4.利用直方圖均衡化進(jìn)行圖像增強(qiáng) 實(shí)驗(yàn)圖像： Cameraman.bmp、四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1.計(jì)算出一幅灰度圖象的直方圖；分析：灰度直方圖

4、（histogram）是灰度級(jí)的函數(shù)，它表示圖象中具有每種灰度級(jí)的象素的個(gè)數(shù)，反映圖象中每種灰度出現(xiàn)的頻率。灰度直方圖的橫坐標(biāo)是灰度級(jí)，縱坐標(biāo)是該灰度級(jí)出現(xiàn)的頻率，是圖象的最基本的統(tǒng)計(jì)特征。2.對(duì)灰度圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的灰度線形變換 3. 圖像二值化4.利用直方圖均衡化進(jìn)行圖像增強(qiáng)分析：直方圖后，直方圖被拉開，變得較為平直、均勻。這樣，原本比較暗無(wú)法分辨的區(qū)域也能很好地分辨出來(lái)。實(shí)驗(yàn)二 圖像變換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解圖像變換的意義和手段；2、熟練掌握FFT變換及其應(yīng)用；3、了解圖像離散余弦變換和逆變換的原理及應(yīng)用；4、通過本實(shí)驗(yàn)掌握利用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的傅立葉變換和離散余弦變換。二、實(shí)

5、驗(yàn)原理1、應(yīng)用傅立葉變換進(jìn)行圖像處理傅里葉變換是線性系統(tǒng)分析的一個(gè)有力工具，它能夠定量地分析諸如數(shù)字化系統(tǒng)、采樣點(diǎn)、電子放大器、卷積濾波器、噪音和顯示點(diǎn)等的作用。通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)這項(xiàng)技能，將有助于解決大多數(shù)圖像處理問題。2、傅立葉（Fourier）變換的定義二維Fourier變換和二維離散傅立葉變換為： 圖像的傅立葉變換與一維信號(hào)的傅立葉變換變換一樣，有快速算法，具體參見相關(guān)書目，有關(guān)傅立葉變換的快速算法的程序不難找到。實(shí)際上，現(xiàn)在有實(shí)現(xiàn)傅立葉變換的芯片，可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)傅立葉變換。2離散余弦變換離散余弦變換的變換核為余弦函數(shù)，計(jì)算速度快，有利于圖像壓縮和其他處理。在大多數(shù)情況下，DCT 主要用于圖像

6、的壓縮操作中，靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) JPEG 就是采用的 DCT 變換。二維離散余弦變換的正反變換為：三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、傅里葉變換熟悉其概念和原理,實(shí)現(xiàn)對(duì)一幅灰度圖像的快速傅立葉變換,并求其變換后的系數(shù)（幅度）分布。2、DCT變換熟悉其概念和原理,實(shí)現(xiàn)對(duì)一幅圖像做離散余弦變換,選擇適當(dāng)?shù)腄CT系數(shù)閾值對(duì)其進(jìn)行DCT反變換 。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、傅里葉變換2、DCT變換分析：通過DCT反變換重構(gòu)的圖像，看上去有點(diǎn)模糊，失真明顯實(shí)驗(yàn)三 圖像分割實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、理解和掌握?qǐng)D像邊緣檢測(cè)和圖像閾值分割的典型算法。2、能用Matlab編寫程序?qū)崿F(xiàn)圖像邊緣檢測(cè)和圖像閾值分割。3、觀察圖像分割的效果二、實(shí)

7、驗(yàn)原理1.邊緣檢測(cè)： 圖象的邊緣是指圖象局部區(qū)域亮度變化顯著的部分，該區(qū)域的灰度剖面一般可以看作是一個(gè)階躍，既從一個(gè)灰度值在很小的緩沖區(qū)域內(nèi)急劇變化到另一個(gè)灰度相差較大的灰度值。圖象的邊緣部分集中了圖象的大部分信息，圖象邊緣的確定與提取對(duì)于整個(gè)圖象場(chǎng)景的識(shí)別與理解是非常重要的，同時(shí)也是圖象分割所依賴的重要特征，邊緣檢測(cè)主要是圖象的灰度變化的度量、檢測(cè)和定位。2.灰度閾值分割即是先確定一個(gè)處于圖像灰度取值范圍內(nèi)的灰度閾值，然后將圖像中各個(gè)像素的灰度值與這個(gè)閾值相比較：劃分成像素灰度大于閾值的一類和小于閾值的一類。3. 雙峰法的原理及其簡(jiǎn)單：它認(rèn)為圖像由前景和背景組成，在灰度直方圖上，前后 二景都

8、形成高峰，在雙峰之間的最低谷處就是圖像的閾值所在三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、邊緣檢測(cè)分別用sobel、Laplacian-Gaussian方法對(duì)一幅灰度圖像進(jìn)行邊緣提取，給出對(duì)比結(jié)果；2、灰度閥值分割利用雙峰法對(duì)一幅灰度圖像進(jìn)行灰度分割處理。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1、邊緣檢測(cè)分析：Sobel算子并沒有將圖像的主題與背景嚴(yán)格地區(qū)分開來(lái)，即Sobel算子并沒有基于圖像灰度進(jìn)行處理，所以提取的圖像輪廓有時(shí)并不能令人滿意。Laplacian-Gaussian算子邊緣的細(xì)節(jié)比較豐富，它比sober算子邊緣更完整，效果更好2、灰度閥值分割分析：雙峰法相對(duì)簡(jiǎn)單，閾值的選擇對(duì)雙峰法影響較大。實(shí)驗(yàn)四 圖像壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

9、 1、進(jìn)一步熟悉DCT的概念和原理；2、掌握對(duì)灰度和彩色圖像作離散余弦變換和反變換的方法；3、能選擇適當(dāng)?shù)牧炕g隔、閾值和區(qū)域進(jìn)行編碼；4、綜合利用變換、量化、Huffman編碼等知識(shí)，實(shí)現(xiàn)JPEG壓縮編碼。二、實(shí)驗(yàn)原理JPEG壓縮原理：基于DCT的JPEG壓縮過程主要是對(duì)圖像的空間冗余進(jìn)行壓縮，其基本過程為：首先進(jìn)行DCT正變換，再對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行量化，并對(duì)量化后的直流系數(shù)和交流系數(shù)分別進(jìn)行差分編碼和行程編碼，最后進(jìn)行熵編碼。編碼的簡(jiǎn)化框圖如圖3.1所示，解碼為其逆過程。 壓縮后圖像數(shù)據(jù)熵編碼器量化器源圖像數(shù)據(jù)88FDCT 量化表 Huffman碼表圖3.1 JPEG壓縮編碼器框圖2-DCT

10、變換原理：JPEG將源數(shù)據(jù)圖像分成88大小的子塊，然后進(jìn)行DCT變換，2-DCT變換公式如下：其中： f（x,y）輸入/輸出圖像取樣值（基準(zhǔn)系統(tǒng)的取值為-128，127）；C(u,v)DCT系數(shù)（基準(zhǔn)系統(tǒng)中C（u,v）的取值范圍為-1023，1023）；C（0，0）代表DC系數(shù)，其余63個(gè)為AC系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)JPEG的壓縮和編碼 實(shí)現(xiàn)基本JPEG的壓縮和編碼分三個(gè)步驟：（1）首先通過DCT變換去除數(shù)據(jù)冗余；（2）使用量化表對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行量化；（3）對(duì)量化后的系數(shù)進(jìn)行Huffman編碼。1、主程序2、DCT 8x8子程序3、 AC和DC4.DC編碼5、zigzag掃描程序6、AC編碼四

11、、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析分析：ImageBitLen =112000 ，原圖片為324KB,經(jīng)過jpeg編碼后容量約為109KB,明顯變小思考題1. 如何讀一幅彩色圖象，以灰度值圖象的形式顯示其RGB各分量?對(duì)黑白圖像,R,G,B值均相等,稱為灰度值,每一個(gè)像素有一個(gè)灰度值.對(duì)于8位的灰度圖像,其灰度值范圍為0255。灰度也可認(rèn)為是亮度，簡(jiǎn)單的說就是色彩的深淺程度。實(shí)際上在我們的日常生活中，通過三原色色彩深淺的組合，可以組成各種不同的顏色。產(chǎn)品能夠展現(xiàn)的灰度數(shù)量越多，也就意味著這款產(chǎn)品的色彩表現(xiàn)力更加豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)的色彩層次。例如三原色16級(jí)灰度，能顯示的顏色就是161616=4096色。不過目前的產(chǎn)品256級(jí)灰度已經(jīng)非常地普遍了。任何顏色都有紅、綠、藍(lán)三原色組成，假如原來(lái)某點(diǎn)的顏色為RGB(R，G，B)，那么，我們可以通過下面幾種方法，將其轉(zhuǎn)換為灰度，通過任一種方法求得Gray后，將原來(lái)的RGB(R,G,B)中的R,G,B統(tǒng)一用Gray替換，形成新的顏色RGB(Gray,Gray,Gray)，用它替換原來(lái)的RGB(R,G,B)就是灰度圖了。 2. 對(duì)一幅圖像進(jìn)行傅氏變換和余弦變換，觀察其振幅譜的特點(diǎn)傅氏變換：余弦變換：DCT是D