天津理工大學數(shù)字圖像實驗指導書

1、數(shù)字圖像處理實驗指導書電子信息工程學院2013年 8月天津理工大學電信學院1 學生必須在規(guī)定時間內(nèi)參加實驗，不得遲到、早退。2 學生進入實驗室后，不準隨地吐痰、抽煙和亂拋雜物，保持室內(nèi)清潔和安靜。3 實驗前應(yīng)認真閱讀實驗指導書，復(fù)習有關(guān)理論并接受教師提問檢進行實驗。4 實驗中，認真執(zhí)行操作規(guī)程，注意人身和設(shè)備安全。學生要以科學的態(tài)度進行實驗，細心觀察實驗現(xiàn)象、認真記錄各種實驗數(shù)據(jù)，不得馬虎從事，不得抄襲他人實驗數(shù)據(jù)。5 如儀器發(fā)生故障，應(yīng)立即報告教師進行處理，不得自行拆修。不得動用和觸摸與本次實驗無關(guān)的儀器與設(shè)備。6 凡損壞儀器設(shè)備、器皿、工具者，應(yīng)主動說明原因，書寫損壞情況報告，根據(jù)具體情節(jié)

2、進行處理。7 實驗完畢后， 將計量器具和被測工件整理好， 認真填寫實驗報告（包括數(shù)據(jù)記錄、分析與處理，以及繪制必要的圖形） 。天津理工大學電信學院前 言與系統(tǒng)等專業(yè)基礎(chǔ)課的具體應(yīng)用。以圖像為載體，進行算法開發(fā)、數(shù)所裨益。本書與數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)教材配套使用，結(jié)合實驗教學，為像處理程序設(shè)計與調(diào)試方法，鞏固所學知識，培養(yǎng)實際能力。2013 年 8 月天津理工大學電信學院 1 8 天津理工大學電信學院 一、 實驗?zāi)康?、 了解圖像代數(shù)運算的基本函數(shù)和用法2、 熟悉圖像的基本讀入和輸出3、 了解數(shù)字圖像的路徑搜索二、 實驗儀器1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、 實驗原理圖像的代數(shù)運算是基本代數(shù)運算

3、在圖像上的實現(xiàn)，要求參與運算的圖像類型和大小必須一致，且運算符類型相符。1，絕對值差函數(shù)原理：函數(shù)，計算兩圖像 X和 Y 的絕對值差。條件：圖像 X與 Y數(shù)據(jù)類型相同，大小相同。返回值 Z與 X 和 Y同類型，同大小，結(jié)果取對應(yīng)位差的絕對值。例： X=uint8(2505 10 75;44 225 100); Y =uint8(550 50; 50 50 50); Z=imabsdiff(X,Y)Z = 205 40 256 175 50實驗： I=imread(cameraman.tif); J=uint8(dct2(I); K=imabsdiff(I,J); imshow(K,)1天津理工

4、大學電信學院圖 1.1. 原圖像圖 1.2. 絕對值差函數(shù)處理例2，疊加函數(shù)原理：Z=imadd(X,Y)函數(shù)，計算兩圖像 X和 Y 的疊加效果。條件：圖像 X與 Y數(shù)據(jù)類型相同，大小相同。返回值 Z與 X 和 Y同類型，同大小，結(jié)果取對應(yīng)位差的絕對值。例： X=uint8(255 0 75;44 225 100);2天津理工大學電信學院 Y=uint8(50 50 50; 50 50 50); Z=imadd(X,Y)Z = 255 50 12594 255 150實驗： I=imread(cameraman.tif); J=uint8(dct2(I); K=imadd (I,J); ims

5、how(K,)圖 1.3. 疊加函數(shù)處理例3，求補函數(shù)原理： RGB像素的最大值減去圖像的原始像素值，得到輸出圖像的相應(yīng)位置的值。調(diào)用格式：IM2=imcomplement（）IM和 IM2分別是原始圖像和輸出圖像，類型可以是 Matlab支持的各種圖像。例： X2=imcomplement(X)X2 =0 245 180211 30 1553天津理工大學電信學院實驗： I=imread(cameraman.tif); J=imcomplement(I); imshow(J)圖 1.4. 求補函數(shù)處理例4，除法函數(shù)原理：圖像的除法運算通常用于校正成像設(shè)備的非線性誤差，也可用于檢測兩張圖像之間的

6、差別，它給出的是相應(yīng)像素值的變化比率，而不是每個像素的絕對差異。調(diào)用格式：Z=imdivide（，）圖像 X與 Y數(shù)據(jù)類型相同，大小相同。返回值 Z與 X 和 Y同類型，同大小，結(jié)果取兩圖像 X和 Y相應(yīng)像素值的變化比率。例： X=uint8(255 10 75;44 225 100); Y=uint8(50 20 50;50 50 50); Z=imdivide(X,Y)Z =511522實驗： I=imread(rice.png); blocks=blkproc(I,32 32,min(x(:); background=imresize(blocks,256 256,bilinear);4

7、天津理工大學電信學院 Ip=imdivide(I,background); imshow(Ip,) %=let imshow scale data automatically圖 1.5. 除法函數(shù)處理例 1若將參數(shù)改為常數(shù)，結(jié)果如下： I=imread(rice.png); J=imdivide(I,2); imshow(J)5天津理工大學電信學院圖 1.6. 除法函數(shù)處理例 25，減法函數(shù)原理：減法函數(shù)對兩張圖像進行代數(shù)減法，通常用于檢測圖像變化以及運動物體的圖像處理。使用格式與加法類似。調(diào)用格式：Z=imsubtract（，）X和 Y是輸入圖像，Z 是輸出圖像，類型可以是 Matlab支持

8、的各種圖像。例： X=uint8(255 10 75;44 225 100); Y=uint8(50 50 50;50 50 50); Z=imsubtract(X,Y)Z =2050 250 175 50實驗： I=imread(rice.png); blocks=blkproc(I,32 32,min(x(:); background=imresize(blocks,256 256,bilinear); Ip=imsubtract(I,background); imshow(Ip,)6天津理工大學電信學院圖 1.7. 減法處理例四、 注意事項注意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標點符號

9、命令使用。五、 實驗內(nèi)容1、熟悉數(shù)字圖像的絕對值差函數(shù)，疊加函數(shù)，求補函數(shù)，除法函數(shù)，減法函數(shù)的使用方法；2、熟悉數(shù)字圖像的路徑搜索；3、熟悉 MATLAB 的數(shù)據(jù)類型、表達式、函數(shù)、常用命令和快捷鍵。掌握指令窗的使用六、 實驗思考題思考各種代數(shù)運算在圖像處理中的作用。七、 實驗報告要求根據(jù)自己上機的內(nèi)容，將實驗內(nèi)容填寫在實驗報告中。7天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康恼莆眨簣D像的縮小，放大，旋轉(zhuǎn)，剪裁的幾何運算方法，及各個方法的函數(shù)調(diào)用。二、實驗儀器1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、實驗原理在 matlab 環(huán)境中創(chuàng)建二維數(shù)組（即數(shù)字圖像）及其運算，關(guān)系操作和邏輯操作。在 matlab

10、 環(huán)境中矩陣的基本運算運算。四、注意事項在英文狀態(tài)下輸入。五、實驗內(nèi)容1，圖像的縮放調(diào)用格式：Y=imresize（，M，method）X為需進行操作的圖像，M 是放大倍數(shù)，通常 M 是大于 0 的實數(shù)，若 M1，則表示需對圖像進行放大；若 M I=imread(circuit.tif); J=imresize(I,1.25); imshow(J) imshow(J)8天津理工大學電信學院圖 2.1.原圖像圖 2.2. 圖像放大例2，圖像的旋轉(zhuǎn)調(diào)用格式：Y=imrotate（，angle，method）X是原圖像，angleMethod 參數(shù)與 imresize9天津理工大學電信學院函數(shù)中的參

11、數(shù)意義相同。實驗： I=imread(circuit.tif); J=imrotate(I,-15,bilinear); imshow(J)圖 2.3. 圖像旋轉(zhuǎn)例3，圖像的剪裁Matlab提供 imcrop 域。實驗： I=imread(circuit.tif); I2=imcrop(I,30 60 120 160); imshow(I2) imshow(I)10天津理工大學電信學院圖 2.4. 原圖像圖 2.5. 裁剪圖例六、實驗思考題圖像的幾何運算在圖像處理中的應(yīng)用。七、實驗報告要求根據(jù)自己上機的內(nèi)容，將實驗內(nèi)容填寫在實驗報告中。11天津理工大學電信學院 一、 實驗?zāi)康恼莆眨簲?shù)字圖像的傅

12、里葉變換方法及函數(shù)調(diào)用和符號數(shù)字、符號表達式的操作。二、 實驗儀器1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、 實驗原理空域變換到頻域，從另外一個角度來分析圖像的特征并進行處理。頻域分析法在圖像增強，復(fù)原，編碼壓縮等方面用途廣泛。變換的數(shù)學問題。四、 注意事項注意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標點符號命令使用。五、 實驗內(nèi)容實驗例：輸入一個圖像矩陣，并將其傅里葉函數(shù)可視化。 I=imread(cameraman.tif); I=im2double(I); F=fft2(I); F2=log(real(F); imshow(F2)12天津理工大學電信學院圖 3.1. 原圖像圖 3.2. 圖 1

13、 傅里葉變換結(jié)果六、 實驗思考題書后第八題七、 實驗報告要求根據(jù)自己上機的內(nèi)容，將實驗內(nèi)容填寫在實驗報告中。13天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康模?）掌握數(shù)字圖像的離散余弦變換（2）了解離散余弦變換在圖像處理中的作用二、實驗儀器1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、實驗原理離散余弦變換的實現(xiàn)有兩種方法：(1) 基于 FFT的快速算法，工具箱中 dct2函數(shù)實現(xiàn)該算法。(2) 基于 DCT 變換矩陣的算法。工具箱 dctmtx 用以計算變換矩陣。詳見教材。四、注意事項函數(shù)調(diào)用基本指令間的區(qū)別。五、實驗內(nèi)容1.函數(shù) dct2功能：實現(xiàn)圖像的二維離散余弦變換：調(diào)用格式：B=dct2（A）B=dc

14、t2（A，M N）B=dct2（A，M，）A是原圖像，B是變換后的圖像。B與 A同大，且包含了余弦變換后的系數(shù)。M 和 N可選，表示變換前對圖像矩陣 A的填充或截取。若 M 或 N小于矩陣 A的對應(yīng)維，則截取 。若 M 或 N大于矩陣 A的對應(yīng)維，則變換前用0 把 A填充為 MxN 矩陣。實驗 1：對圖像進行 DCT 變換 RGB=imread(autumn.tif); I=rgb2gray(RGB); 將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像 J=dct2(I); imshow(J)離散余弦變換14天津理工大學電信學院圖 4.1. 原圖像圖 4.2. DCT 變換結(jié)果2. 函數(shù) idct2功能：實現(xiàn)圖像的二

15、維離散余弦反變換調(diào)用格式：B=idct2（A）B=idct2（A，M N）B=idct2（A，M，）A是原圖像，B是變換后的圖像。B與 A M 和 N可選，表示變換前對圖像矩陣 A 的填充或截取。若 M 或 N小于矩陣 A的對應(yīng)維，則截取 。若 M 或 N大于矩陣 A的對應(yīng)維，則變換前用 0 把 A填充為 MxN 矩陣。實驗 2：將實驗 1 中 DCT 變換后的矩陣中小于 10 的系數(shù)設(shè)為 0，然后重構(gòu)圖像。 RGB=imread(autumn.tif); I=rgb2gray(RGB); J=dct2(I);15天津理工大學電信學院 imshow(I) imshow(J) J(abs(J)

16、K=idct2(J); imshow(K,0 255)16天津理工大學電信學院圖 4.3. 重構(gòu)后的圖像六、實驗思考題離散余弦變換域傅里葉變換的區(qū)別與聯(lián)系。七、實驗報告要求將實驗命令、操作答案填寫與報告中。17天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康?掌握離散余弦變換壓縮圖像的方法。2根據(jù)已給算法，能夠進行壓縮編碼的設(shè)計；3了解壓縮結(jié)果的測度方法。二、實驗儀器1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、實驗原理離散余弦變換（DCT）的應(yīng)用之一是圖像壓縮。用 DCT 壓縮的過程為：（1） 將輸入圖像分解為 8x8 或 16x16 二維 DCT 變換。（2） 將變換后得到的量化 DCT 系數(shù)進行編碼和傳送，

17、形成壓縮后的圖像格式。用 DCT 解壓的過程為：（1）對每個 8x8 或 16x16 塊進行二維 DCT反變換。（2）將反變換的矩陣的塊合成一個單一的圖像。實驗：把輸入圖像分成 8x8 的圖像塊，計算它們的DCT 系數(shù)，并且只保留64 個 DCT 系數(shù)中的 10 10 個系數(shù)進行逆 DCT變換來重構(gòu)圖像。四、注意事項注意指令的使用并在英文狀態(tài)下輸入。五、實驗內(nèi)容與步驟I=imread(E:4cat.jpg);I1=im2double(I);m,n=size(I1);I1=I1(1:256,1:256);T=dctmtx(8);B=blkproc(I1,8,8,P1*x*P2,T,T);mask

18、=1 1 1 1 0 0 0 0;1 1 1 0 0 0 0 0;1 1 0 0 0 0 0 0;18天津理工大學電信學院1 0 0 0 0 0 0 0;0 0 0 0 0 0 0 0;0 0 0 0 0 0 0 0;0 0 0 0 0 0 0 0;0 0 0 0 0 0 0 0;B2=blkproc(B,8,8,P1.*x,mask);I2=blkproc(B2,8,8,P1*x*P2,T,T);figure,imshow(I1);title(Oringinal Image);figure,imshow(I2);title(Compressed Image);Oringinal Image圖

19、 5.1. 原圖像Compressed Image天津理工大學電信學院圖 5.2. 壓縮圖像對比原始圖像和壓縮后的圖像，雖然舍棄了 85%的 DCT 系數(shù)，圖像依然清六、實驗思考題圖像數(shù)據(jù)壓縮率的計算七、實驗報告要求根據(jù)自己上機的內(nèi)容，將實驗內(nèi)容填寫在實驗報告中。20天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康?、 掌握 sobel 算子邊緣檢測方法。2、 掌握 prewitt 算子邊緣檢測方法。3、 掌握 canny邊緣檢測方法。二、實驗儀器：1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、實驗原理圖像邊緣檢測是圖像高通濾波的處理目的，常用方法有一階算子和二階算緣輪廓線，便于編程控制跟蹤，及做各種特征分析。四

20、、注意事項1、注意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標點符號命令使用。2、注意命令的輸入要在英文狀態(tài)下輸入（尤其是,和.五、實驗內(nèi)容實驗 6.1：對比度擴展 6 圖像增強I = imread(cameraman.tif);BW1 = edge(I,sobel);BW2 = edge(I,prewitt);BW3 = edge(I,canny);imshow(BW1);figure, imshow(BW2);figure,imshow(BW3);21天津理工大學電信學院圖 6.1 sobel 算子處理例六、實驗思考題邊緣檢測在模式識別中的應(yīng)用。七、實驗報告要求將實驗命令和操作答案填寫與報告中。

21、22天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康?，了解圖像增強的作用。2，掌握空域像素增強的一般方法。二、實驗儀器：1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、實驗原理晰度；二是使圖像易于計算機處理，如銳化處理可以突出圖像邊緣輪廓線，便于編程控制跟蹤，及做各種特征分析。對比度擴展增強是空域變換增強基于像素點調(diào)整的方法。四、注意事項1、注意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標點符號命令使用。2、注意命令的輸入要在英文狀態(tài)下輸入（尤其是,和.五、實驗內(nèi)容實驗 7.1：對比度擴展圖像增強讀入圖像，并計算圖像直方圖。觀察可知，圖像的灰度過于集中，對比度不夠。即：灰度沒有低于40，或者大于 200 的。對比度擴展

22、就是將圖像的灰度映射到整個灰度區(qū)間上，即 0 到 255，這樣，圖像的對比度就大大增強。 I=imread(rice.png); imhist(I) imshow(I);23天津理工大學電信學院圖 7.1. 原圖像10009008007006005004003002001000050100150200250圖 7.2. 原圖像直方圖 J=imadjust(I,0.15 0.9,0 1); imhist(J) imshow(J);24天津理工大學電信學院圖 7.3. 擴展后的圖像10009008007006005004003002001000050100150200250圖 7.4. 擴展后圖像

23、的直方圖25天津理工大學電信學院實驗 7.2 直方圖均衡化圖像增強比度增加。步驟：（1）列出原始圖像灰度級。（2）統(tǒng)計原始圖像各灰度級的像素數(shù)目。（3）計算原始圖像直方圖各灰度級的頻率數(shù)。（4）計算原始圖像的累計直方圖。（5）取整計算。（6）確定映像關(guān)系。（7）統(tǒng)計新直方圖哥哥灰度級的像素數(shù)目。（8）計算新直方圖。圖 7.5. 直方圖均衡化圖像26天津理工大學電信學院120010008006004002000050100150200250圖 7.6. 均衡化后圖像的直方圖六、實驗思考題直方圖均衡化的方法七、實驗報告要求將實驗命令和操作答案填寫與報告中。27天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康?，

24、熟悉空域濾波增強的基本原理。2，掌握均值濾波方法。3，掌握中值濾波方法。二、實驗儀器：1、計算機2、MATLAB 軟件環(huán)境三、實驗原理分量保持不變，從而改變輸出圖像的頻率分布，達到圖像增強的目的。模板運算的數(shù)學涵義是一種卷積運算。四、注意事項1、注意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標點符號命令使用。2、注意命令的輸入要在英文狀態(tài)下輸入（尤其是,和.五、實驗內(nèi)容步驟如下：（1） 合。（2） 將模板上的系數(shù)與模板下對應(yīng)的像素相乘。（3） 將所有乘積相加。（4） 將和（模板的輸出響應(yīng)）賦給圖中對應(yīng)模板中心位置。并比較結(jié)果。 I=imread(eight.tif); J=imnoise(I,salt & pepper,0.02); imshow(I) imshow(J)28天津理工大學電信學院圖 8.1. 原圖像圖 8.2. 加噪圖像 K=imfilter(J,fspecial(average,3); imshow(K)29天津理工大學電信學院圖 8.3. 3x3 均值濾波圖 8.4. 5x5 均值濾波30天津理工大學電信學院圖 8.5. 7x7 均值濾波六、實驗思考題均值濾波的優(yōu)缺點。七、實驗報告要求將實驗命令和操作答案填寫與報告中。31天津理工大學電信學院 一、實驗?zāi)康?，掌握頻域濾波的基本原理。2，掌握高通濾波的一般方法。3，掌握低通濾波的一