《數(shù)字圖像處理》實驗教學(xué)大綱(DOC)

1、數(shù)字圖像處理課程實驗教學(xué)大綱電子信息工程教研室編信息與電子工程學(xué)院2013年8月課程名稱：數(shù)字圖像處理課程編號：056123英文名稱：DigitalImageProcessing課程負(fù)責(zé)人：馬加慶課程性質(zhì)：非獨立設(shè)課課程屬性：專業(yè)應(yīng)開實驗學(xué)期：第6學(xué)期學(xué)時學(xué)分：課程總學(xué)時-48實驗學(xué)時-16課程總學(xué)分-3實驗學(xué)分-0實驗者類別：本科生適用專業(yè)：電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)先修課程：線性代數(shù)，信號與系統(tǒng)，數(shù)字信號處理，計算機仿真及應(yīng)用一、課程簡介數(shù)字圖像處理是研究數(shù)字圖像處理的基本理論、方法及其在智能化檢測中應(yīng)用的學(xué)科，本課程側(cè)重于數(shù)字圖像的基本處理理論和方法，并對圖像分析的基本理論和實際應(yīng)

2、用進行系統(tǒng)介紹。目的是使學(xué)生系統(tǒng)掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、實現(xiàn)方法和實用技術(shù)，了解數(shù)字圖像處理基本應(yīng)用和當(dāng)前國內(nèi)外的發(fā)展方向。要求學(xué)生通過該課程學(xué)習(xí)，具備解決智能化檢測與控制中應(yīng)用問題的初步能力，為在計算機視覺、模式識別等領(lǐng)域從事研究與開發(fā)打下扎實的理論基礎(chǔ)。二、課程實驗教學(xué)的目的、任務(wù)與要求通過實驗使學(xué)生加深對課堂上所學(xué)專業(yè)知識的認(rèn)識，通過理論與實踐相結(jié)合提高學(xué)生的動手能力。要求學(xué)生利用所學(xué)知識完成對圖像的銳化、模糊、加噪聲、讀取、變換等處理。三、實驗方式與基本要求實驗方式：學(xué)生一人一機，獨立實驗，注意記錄實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果分析?；疽螅簩嶒炃?，學(xué)生要認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗任務(wù)，了解實驗?zāi)康?/p>

3、和實驗內(nèi)容；實驗時，要認(rèn)真上機，做好觀察分析和記錄；實驗后，按要求編寫實驗報告。四、實驗項目設(shè)置序號實驗編號實驗項目名稱實驗內(nèi)容提要實驗時數(shù)實驗類型實驗類別實驗要求每組人數(shù)101圖像處理的MATLAB基礎(chǔ)MATLAB應(yīng)用復(fù)習(xí)，圖像讀入和讀出驗正專業(yè)必修1202空域圖像增強圖像灰度變換，直方圖均衡，均值濾波和中值濾波驗正專業(yè)必修1303圖像頻譜和頻域增強圖像二維傅里葉變換、圖像頻譜的意義，理想低通濾波綜合專業(yè)必修1404彩色圖像處理彩色空間及其相互轉(zhuǎn)換，彩色增強和濾波綜合專業(yè)必修1505邊緣檢測圖像銳化和邊緣檢測，圖像分割綜合專業(yè)選修1合十注：實驗類型：1.演示/2.驗證/3.綜合/4.設(shè)計研究

4、/5.其他；實驗類別：1.基礎(chǔ)/2.專業(yè)基礎(chǔ)/3.專業(yè)/4.其它；實驗要求：1.必修/2.選修/3.其它五、教材（講義、指導(dǎo)書）：數(shù)字圖像處理，岡薩雷斯著，阮秋琦等譯，電子工業(yè)出版社，2007.8。參考書：1圖像處理，章毓晉編，清華大學(xué)出版社，20052. DigitalImageProcessing，CastlemanRK.朱志剛等譯，清華大學(xué)出版社1998六、實驗報告要求每個實驗均按統(tǒng)一格式編寫實驗報告。實驗報告內(nèi)容包括：實驗要求，典型程序流程圖，程序清單，數(shù)據(jù)結(jié)果和分析討論。七、考試（考核）方式實驗的考核由實驗指導(dǎo)教師完成，本課程實驗由學(xué)生單人獨立完成，學(xué)生的實驗成績根據(jù)實驗結(jié)果、實驗中

5、分析解決問題的能力、課堂紀(jì)律、預(yù)習(xí)情況、操作技能、數(shù)據(jù)分析能力等綜合評估。1.基本要求（1）學(xué)生在實驗前認(rèn)真預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實驗。復(fù)習(xí)教材中相關(guān)知識，并根據(jù)需要查找資料。明確實驗?zāi)康?、任?wù)，擬訂實驗方案，規(guī)劃流程圖。（2）實驗中認(rèn)真分析實驗結(jié)果，主動解決出現(xiàn)的問題，學(xué)會自主調(diào)試程序。（3）實驗結(jié)果進行分析研究，書寫實驗報告。2. 實驗考核評價要求實驗成績=實驗過程（60%）+實驗報告（40%）八、使用說明本實驗教學(xué)大綱適用于電子信息工程和電子信息科學(xué)與技術(shù)兩個專業(yè)，按照課堂講授進度可適當(dāng)調(diào)節(jié)實驗內(nèi)容。制定人：馬加慶審定人：批準(zhǔn)人：批準(zhǔn)日期：附件：數(shù)字圖像處理課程實驗項目1一、實驗項目名稱及實驗項目編號

6、圖像處理的MATLAB基礎(chǔ)，05441101二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，056123三、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學(xué)生掌握使用MATLAB進行數(shù)字圖像處理的基本語句。四、實驗原理本實驗是基于數(shù)字圖像處理課程中的數(shù)字圖像基本概念來設(shè)計的。本實驗的準(zhǔn)備知識：MATLAB語言基礎(chǔ)；數(shù)字圖像的基本概念。其中會涉及到的函數(shù)：用于數(shù)字圖像基本處理的函數(shù)：imread;imshow,imwriteA=imread(filename,fmt)讀入圖像文件；imwrite(A,filename,fmt)輸出圖像；imshow(I,n)圖像顯示。五、實驗內(nèi)容(一) 復(fù)習(xí)MATLAB基本命令、基本繪圖方法和編程方

7、法1、輸入A=715；256；315，B=111;222;333，在命令窗口中執(zhí)行下列表達式，掌握其含義：A(2,3)A(:,2)A(3,:)A(:,1:2:3)A(:,3).*B(:,2)A(:,3)*B(2,:)A*BA.*BA"2A."2B/AB./A2、同屏繪制正弦曲線y=sin(x)、余弦曲線y=cos(x)、y=sin(x)cos(x)、y=sin(x)+cos(x)的圖像。3、設(shè)Z二x2e-(x2+y2)，求定義域x=-2,2,y=-2,2內(nèi)的z值，網(wǎng)格取0.1見方，畫出三維曲面圖。4、編程計算30!。(二) 熟悉imread函數(shù)，imshow函數(shù)，imwri

8、te函數(shù)的使用方法1、讀入圖像lena_gray.tif,并顯示。讀入圖像rice.tif,并顯示。2、令I(lǐng)二imread(lena_gray.tif');求得圖像的尺寸。顯示圖像1(20:200,20:100)，將該圖像存儲為bmp格式的圖像。3、對圖像rice.tif和lena_gray.tif進行加法、和旋轉(zhuǎn)運算，并顯示結(jié)果。4、讀入彩色圖像lena_color.tif,并顯示。六、實驗方法與步驟1、回顧MATLAB語言和編程方法。參考以前的教材或者MATLAB語言指導(dǎo)參考書進行復(fù)習(xí)回顧。2、根據(jù)實驗指導(dǎo)書,完成上述所有實驗內(nèi)容。3、將程序和實驗結(jié)果整理成word文檔，分析結(jié)果，

9、編寫實驗報告。七、實驗要求1、本實驗由學(xué)生單人獨立完成。2、學(xué)生進入實驗室后簽到，再綜合實驗報告情況給出最后的成績。八、場地、設(shè)備與器材信電學(xué)院實驗中心；高性能計算機，windows操作系統(tǒng)，編程軟件Matlab7.x數(shù)字圖像處理課程實驗項目2一、實驗項目名稱及實驗項目編號灰度圖像增強，05441102二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411三、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學(xué)生掌握使用MATLAB進行二維傅里葉變換的方法，加深對二維傅里葉變換的理解和圖像頻譜的理解。四、實驗原理本實驗是基于數(shù)字圖像處理課程中的圖像變換和增強理論來設(shè)計的。本實驗的準(zhǔn)備知識：第三章，空域圖像增強方法。重點如下：1、

10、直方圖和直方圖均衡：畫圖像的直方圖命令，imhist(A)直方圖均衡命令，Aeq=histeq(A)2、基本灰度變換3、空域濾波技術(shù)：添加噪聲命令：imnoise中值濾波技術(shù)，均值濾波技術(shù)五、實驗內(nèi)容(一) 直方圖均衡1、讀入lena_gray.tif圖像文件，畫出其直方圖，并解釋之；2、對該圖像進行直方圖均衡，顯示均衡后的圖像及其直方圖，并解釋之；3、將均衡后的圖像存為lena_gray_1.tif文件。4、再將lena_gray_1.tif文件讀入并重復(fù)上述過程，說明增強效果并解釋之。(二) 圖像灰度變換讀入lena_gray.tif文件，對其灰度進行下列調(diào)整，并顯示圖像：(1)將圖像的灰

11、度降低70，同屏顯示原圖像和灰度調(diào)整后圖像；(2)將圖像灰度加上一個值(如50)，使圖像變亮，編程，同屏顯示原圖像和灰度調(diào)整后圖像。思考：灰度變換時應(yīng)該注意什么？(三) 空間濾波讀入lena_gray.tif文件，進行下列操作：(1) 將圖像添加上椒鹽噪聲，A_noised二imnoise(A,salt&pepper',0.02),同屏顯示原圖像和加噪圖像，說明椒鹽噪聲的特點；(2) 設(shè)計3X3、5X5,7X7三種模板的算術(shù)均值濾波器對圖像進行濾波，同屏顯示加噪圖像和消噪圖像，對濾波效果進行解釋和說明；(3) 設(shè)計3X3、5X5,7X7三種模板的中值濾波器對圖像進行濾波，同屏顯

12、示加噪圖像和消噪圖像，對濾波效果進行解釋和說明；(4)將圖像添加上高斯噪聲，A_noised=imnoise(A,gauss',0.02)，同屏顯示原圖像和加噪圖像，說明高斯噪聲的特點；(5) 設(shè)計3X3、5X5,7X7三種模板的算術(shù)均值濾波器對圖像進行濾波，同屏顯示加噪圖像和消噪圖像，對濾波效果進行解釋和說明；(6) 設(shè)計3X3、5X5,7X7三種模板的中值濾波器對圖像進行濾波，同屏顯示加噪圖像和消噪圖像，對濾波效果進行解釋和說明。思考：椒鹽噪聲和高斯噪聲有何不同特點？分別使用何種濾波器消噪效果好？六、實驗方法與步驟1. 順序完成上述實驗內(nèi)容2. 按照實驗內(nèi)容要求，分析編程，將程序和

13、實驗結(jié)果整理成word文檔，分析結(jié)果，編寫實驗報告。七、實驗要求1、本實驗由學(xué)生單人獨立完成。2、學(xué)生進入實驗室后簽到，再綜合實驗報告情況給出最后的成績。八、場地、設(shè)備與器材信電學(xué)院實驗中心；高性能計算機，安裝軟件Matlab7.x數(shù)字圖像處理課程實驗項目3二、實驗項目名稱及實驗項目編號二維傅里葉變換和頻域增強，05441103三、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411四、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學(xué)生掌握使用MATLAB進行二維傅里葉變換的方法，加深對二維傅里葉變換的理解和圖像頻譜的理解。五、實驗原理本實驗是基于數(shù)字圖像處理課程中的二維傅里葉變換理論來設(shè)計的。本實驗的準(zhǔn)備知識：第四章頻域圖像

14、增強中的一維傅里葉變換和二維傅里葉變換，頻域圖像增強的步驟，頻域濾波器。實驗用到的基本函數(shù)：一維傅里葉變換函數(shù)：fft,一維傅里葉反變換函數(shù)：ifft頻譜搬移函數(shù)：fftshift二維傅里葉變換函數(shù)：fft2二維傅里葉反變換函數(shù)：ifft2繪圖函數(shù)：imshow，mesh六、實驗內(nèi)容一)一維傅里葉變換的實現(xiàn)和分析1、生成一個一維向量，x=l2345678;計算該向量的傅里葉變換，并由傅里葉變換求反變換，驗證結(jié)果。2、在時間域中將x乘以(-1)n,計算其傅里葉變換，實現(xiàn)傅里葉變換的平移性質(zhì)3、使用fftshift函數(shù)，實現(xiàn)頻譜的平移。(二)二維傅里葉變換的實現(xiàn)和分析產(chǎn)生如圖所示圖象f1(x,y)

15、(64X64大小，中間亮條寬16,高40,居中，暗處=0，亮處=255)，用MATLAB中的fft2函數(shù)求其傅里葉變換，要求：1、同屏顯示原圖f1和FFT(f1)的幅度譜圖；2、若令f2(x,y)=(-1)x+f1(x,y)，重復(fù)過程1,比較二者幅度譜的異同，簡述理由；3、若將f2(x,y)順時針旋轉(zhuǎn)90度得到f3(x,y)，試顯示FFT(f3)的幅度譜，并與FFT(f2)的幅度譜進行比較。三)任意圖像的頻譜顯示1、讀入圖像lenagray.tif,計算該圖像的頻譜，并將頻譜原點移到中心位置顯示。2、讀入圖像rice.tif，計算該圖像的頻譜，并將頻譜原點移到中心位置顯示。（四）頻域增強設(shè)計不

16、同截止頻率的理想低通濾波器，對lena圖像進行頻域增強。觀察頻域濾波效果，并解釋之。七、實驗方法與步驟1. 按照順序逐步完成上述實驗內(nèi)容。2. 按照實驗內(nèi)容要求，根據(jù)實驗指導(dǎo)書，逐步完成實驗內(nèi)容。3. 將程序和實驗結(jié)果整理成word文檔，分析結(jié)果，編寫實驗報告。思考：圖像頻譜有何特點？低頻分量和高頻分量在圖像頻譜中是怎樣分布的？頻域增強的步驟有哪些？八、實驗要求1、本實驗由學(xué)生單人獨立完成。2、學(xué)生進入實驗室后簽到，再綜合實驗報告情況給出最后的成績。九、場地、設(shè)備與器材信電學(xué)院實驗中心；高性能計算機，安裝軟件Matlab7.x數(shù)字圖像處理課程實驗項目4、實驗項目名稱及實驗項目編號彩色圖像處理，

17、05441104二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411三、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學(xué)生掌握使用MATLAB進行彩色圖像處理的方法，加深對彩色空間和彩色圖像的理解。四、實驗原理本實驗是基于數(shù)字圖像處理課程中的彩色圖像處理理論來設(shè)計的。本實驗的準(zhǔn)備知識：第六章彩色圖像處理中的彩色空間，彩色圖像處理方法。重點如下：1、彩色空間及其相互轉(zhuǎn)換：a) RGB空間b) CMY空間c) HIS空間2、彩色空間中各圖像分量的演示和意義，關(guān)鍵命令：f=imread(C:.lena_color.tif',TIF');顯示：imshow紅色圖像分量：f(:,:,1)綠色圖像分量：f(:,:,2)

18、藍(lán)色圖像分量：f(:,:,3)3、彩色圖像消噪添加噪聲命令：imnoise中值濾波技術(shù)，均值濾波技術(shù)五、實驗內(nèi)容(一) 彩色RGB空間的各個分量讀取lena_color.tif圖像，顯示彩色圖像，(1) 提取三個圖像分量，同屏顯示彩色圖像及其各個分量圖像，說明各個圖像分量的意義。(2) 同屏顯示三個圖像分量的直方圖，并解釋之。(二) RGB-CMY空間的轉(zhuǎn)換(1) 編寫程序，實現(xiàn)將lena圖像的反色，也就是轉(zhuǎn)換為CMY空間。(2) 提取CMY空間的三個圖像分量，同屏顯示彩色圖像及其各個分量圖像，說明各個圖像分量的意義。(3) 同屏顯示三個圖像分量的直方圖，并解釋之。(三) 彩色變換讀取lena

19、_color.tif圖像，(1) 將該RGB圖像的亮度降低70，并同屏顯示原圖像與亮度降低后圖像。(2) 將該RGB圖像中的紅色分量的亮度降低50，并同屏顯示原圖像與變換后彩色圖像。(3) 將該RGB圖像中的綠色分量的亮度降低50，并同屏顯示原圖像與變換后彩色圖像。思考：彩色變換時應(yīng)該注意什么？(三)RGB空間的彩色平滑讀取lena_color.tif圖像，進行下列操作:(1) 采用7X7均值濾波器對彩色圖像的所有分量進行相同平滑，同屏顯示原圖像和平滑后圖像，對結(jié)果進行說明；(2) 采用7X7均值濾波器對彩色圖像的紅分量進行平滑，其它分量不變，同屏顯示原圖像和平滑后圖像，對結(jié)果進行說明；(3)

20、 采用直方圖均衡方法，對彩色圖像的三個分量進行增強，同屏顯示原圖像和增強后圖像，對結(jié)果進行說明；(4)將圖像添加上椒鹽噪聲，A_noised=imnoise(A,salt&pepper',0.02)，選擇合適的濾波器進行濾波，觀察濾波效果；(5)將圖像添加上高斯噪聲，A_noised=imnoise(A,gauss',0.02)，選擇合適的濾波器進行濾波，觀察濾波效果；思考：彩色圖像的濾波應(yīng)該注意什么？六、實驗方法與步驟1. 順序完成上述實驗內(nèi)容2. 按照實驗內(nèi)容要求，分析編程，將程序和實驗結(jié)果整理成word文檔，分析結(jié)果，編寫實驗報告。七、實驗要求1、本實驗由學(xué)生單人獨立完成。2、學(xué)生進入實驗室后簽到，再綜合實驗報告情況給出最后的成績八、場地、設(shè)備與器材信電學(xué)院實驗中心；高性能計算機，安裝軟件Matlab7.x數(shù)字圖像處理課程實驗項目5一、實驗項目名稱及實驗項目編號圖像邊緣檢測，05441105二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411三、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學(xué)生掌握圖像邊緣檢測的基本方法，加深對圖像分割的理解。四、實驗原理本實驗是基于數(shù)字圖像處理課程中的圖像分割理論來設(shè)計的。本實驗的準(zhǔn)備知識：第三章空域圖像增強，第十章圖