數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)一二

1、實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字圖像的基本處理預(yù)習(xí)要求：1、 熟悉MATLAB的使用環(huán)境；2、 熟悉數(shù)字圖像的矩陣表示形式；3、 掌握二維離散傅里葉變換。1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#216; 掌握MATLAB中數(shù)字圖像的存儲(chǔ)、讀取和顯示Ø 掌握MATLAB中的基本數(shù)據(jù)、圖像類(lèi)型，以及類(lèi)型之間的相互轉(zhuǎn)換Ø 掌握二維離散傅里葉變換的常用函數(shù)2、 實(shí)驗(yàn)原理 1、MATLAB中數(shù)字圖像的存儲(chǔ)、讀取和顯示讀取圖像通過(guò)imread來(lái)執(zhí)行，語(yǔ)法為： f=imread(filename);其中，filename參數(shù)表示輸入的文件名，包括路徑和文件名，函數(shù)返回值f是一個(gè)圖像數(shù)組。MATLAB支持的圖像類(lèi)型有TIFF、JP

2、EG、GIF、BMP、PNG和XWD等。保存圖像使用函數(shù)imwrite來(lái)執(zhí)行，語(yǔ)法有以下幾種： imwrite(f, filename); %默認(rèn)方式，文件格式由后綴名來(lái)指定 imwrite(f, filename, tif); %由第三個(gè)參數(shù)指定保存文件的格式 imwrite(f, filename.jpg , quality, q); %保存JPEG文件，指定JPEG的壓縮質(zhì)量顯示圖像使用imshow來(lái)執(zhí)行，基本語(yǔ)法為： imshow(f, G); %f是圖像數(shù)組，G是該圖像顯示的灰度級(jí)數(shù)，默認(rèn)灰度級(jí)數(shù)256 imshow(f, low high); %所有大于high的顯示為白色，小于l

3、ow的顯示為黑色 imshow(f, ); %low設(shè)置為f的最小值，high設(shè)置為f的最大值當(dāng)用imshow顯示另一幅圖像g時(shí)，MATLAB會(huì)在屏幕上用新圖替換舊圖像，為保持第一幅圖像同事顯示第二幅圖像，可以使用figure函數(shù)：figure, imshow( g ) 2、MATLAB中的數(shù)據(jù)類(lèi)型級(jí)相互轉(zhuǎn)換MATLAB中常用的數(shù)據(jù)類(lèi)型有：double, uint8, uint16, uint32, int8, int16, int32, single, char, logical等。支持的圖像類(lèi)型有亮度圖像、二值圖像、索引圖像和RGB圖像。 表1 常用的圖像格式格式名稱(chēng)描述可識(shí)別的擴(kuò)展符TI

4、FF加標(biāo)識(shí)的圖像文件格式.tif, .tiffJPEG聯(lián)合圖像專(zhuān)家組.jpg, .jpegGIF圖形交換格式.gifBMPWindows位圖.bmpPNG可移植的網(wǎng)絡(luò)圖形.png 常用的圖像類(lèi)型轉(zhuǎn)換函數(shù)： g=im2uint8(f); %圖像轉(zhuǎn)換到uint8類(lèi)型 g=im2gray(f, fmin, fmax ); %圖像轉(zhuǎn)換到double類(lèi)型，值在0,1區(qū)間，規(guī)定fmin,fmax 是為了在轉(zhuǎn)換時(shí)將f中小于fmin的值在g中轉(zhuǎn)換為0，大于fmax的值轉(zhuǎn)換為1。圖像的信息可以通過(guò)whos f 顯示。 3、二維離散傅里葉變換MATLAB中，傅里葉變換采用快速傅里葉變換函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，基本語(yǔ)法： F=

5、fft2( f );其中，f是輸入圖像，F(xiàn)是傅里葉變換結(jié)果，默認(rèn)f與F的尺寸相同。傅里葉的逆變換函數(shù)為 ifft2( F );圖像處理中，逆變換一般只取實(shí)部，f=real( ifft2( F ) );傅里葉頻譜可以用以下函數(shù)來(lái)計(jì)算： S=abs(F);由于傅里葉變換的周期性問(wèn)題，在頻域內(nèi)的一個(gè)周期內(nèi)只能觀察到緊鄰的4個(gè)1/4周期的頻譜，不能觀察到一個(gè)完整的周期。為了方便顯示，可將傅里葉變換后的原點(diǎn)移動(dòng)到頻譜中心，相應(yīng)的函數(shù)為：FC=fftshift( F ); 逆操作為：F=ifftshift( FC );對(duì)數(shù)變換函數(shù)常用來(lái)擴(kuò)展低灰度范圍，壓縮高灰度范圍，這樣可以使低灰度值的圖像細(xì)節(jié)更清楚。對(duì)

6、數(shù)變換函數(shù)采用：g( x, y )=log(f( x, y)+1);3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、練習(xí)圖像的存儲(chǔ)與顯示，以及圖像的壓縮存儲(chǔ)（參考程序1）；2、補(bǔ)填程序2的空白處，完成程序的編譯，輸出結(jié)果。4、 實(shí)驗(yàn)方法及程序程序1： %*保存圖像* f=imread('D:/Matlab/work/kid.jpg'); imshow(f); %*以質(zhì)量參數(shù)為25%保存圖像* imwrite(f,'kid.jpg','quality',25); g25=imread('kid.jpg'); figure,imshow(g25, ); %*顯示壓

7、縮文件的相關(guān)信息* imfinfo kid.jpg %*由imfinfo產(chǎn)生的信息附加到形式為K域的結(jié)構(gòu)變量中* K=imfinfo('kid.jpg'); image_bytes=K.Width*K.Height*K.BitDepth/8;%壓縮前圖像文件的大小 compresser_bytes=K.FileSize; %壓縮后圖像問(wèn)價(jià)的大小 compress_ratio=image_bytes/compressed_bytes %壓縮率程序2：對(duì)一亮塊圖像進(jìn)行傅里葉變換，中心化其頻譜，并進(jìn)行對(duì)數(shù)變換。%產(chǎn)生亮塊圖像f(m,n)clear allclose all;col=1

8、28;f=zeros(col);for i=29:98, for j=57:70 f(i,j)=255; endendfigure(1);subplot(1,3,1);imagesc(f,0 255);axis image;colormap(gray);xlabel('(a)原圖像');%對(duì)原圖像進(jìn)行傅里葉變換F1=？； %對(duì)f 圖像進(jìn)行傅里葉變換，并使原點(diǎn)移到頻譜中心figure(1);subplot(1,3,2);imshow(abs(F1),);xlabel('(b)圖像的傅里葉譜');%對(duì)F1進(jìn)行對(duì)數(shù)變換F2=？；figure(1);subplot(1,

9、3,3);imshow(F2,);xlabel('(c)傅里葉譜的對(duì)數(shù)變換');5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 程序的運(yùn)行及測(cè)試結(jié)果（粘貼截圖）； 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得。 實(shí)驗(yàn)二 亮度變換與空間濾波預(yù)習(xí)要求：1、 實(shí)現(xiàn)圖像對(duì)比度增強(qiáng)的線性和非線性方法有哪些。2、 圖像直方圖的定義。3、 直方圖均衡化、直方圖規(guī)定化的概念。1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#216; 掌握灰度圖像的常用亮度變換方法Ø 掌握灰度圖像的直方圖的概念和獲取方法Ø 掌握直方圖均衡化的概念和實(shí)現(xiàn)方法Ø 了解灰度圖像空間域的增強(qiáng)方法2、 實(shí)驗(yàn)原理1、數(shù)字圖像的亮度變換亮度變換只與像素本身的值有關(guān)，與像素的位置和鄰

10、域的值無(wú)關(guān)，所以亮度變換可以用簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)表示： s = T ( r )，其中，r是變換前的灰度值，s是變換后的灰度值。常用的亮度變換有亮度反轉(zhuǎn)、對(duì)數(shù)變換、冪次變換和對(duì)比度拉伸變換等。(1) 亮度變換基本函數(shù)imadjust亮度變換函數(shù)imadjust實(shí)現(xiàn)如下的圖像校正： s = T ( r ) = c r其中，r是輸入的圖像值，s是輸出的圖像值，c是常數(shù)， 是伽馬系數(shù)。此變換也稱(chēng)為是伽馬校正。Imadjust 的基本語(yǔ)法：g = imadjust ( f , low_in high_ in ,low_out high_out , gamma );函數(shù)的功能是將f 的亮度值映射到g的新值上。l

11、ow_in，high_ in：輸入圖像被處理的最小值和最大值。low_out，high_out：輸出圖像的最大值和最小值。輸入圖像中小于low_in的值在g中被賦值為low_out ,輸入圖像中大于high_in的值在g中被賦予值為high_out。若 low_in high_ in 或 low_out high_out 使用空矩陣，則默認(rèn)值是0, 1。Gamma參數(shù)（）指定了曲線的形狀。若gamma<1，則圖像將變亮，若gamma>1,則圖像將變暗。（2） 亮度反轉(zhuǎn) 對(duì)圖像的像素進(jìn)行明暗反轉(zhuǎn)，可以突出顯示前景部分?；菊Z(yǔ)法為： g=imcomplement( f );(3)對(duì)數(shù)變

12、換對(duì)數(shù)變換可以用來(lái)壓縮圖像的動(dòng)態(tài)范圍，如用來(lái)顯示傅里葉變換的頻譜。對(duì)數(shù)變換的形式為：g = c*log( 1+double(f) );)2、直方圖 直方圖可以直觀地反應(yīng)圖像中灰度值的分布情況，對(duì)于數(shù)字圖像的亮度矯正和閾值分割有重要意義。一幅數(shù)字圖像在范圍0 , G內(nèi)共有L個(gè)灰度級(jí)，其直方圖定義為離散函數(shù)： H(rk)=nk rk是區(qū)間0 ,G 內(nèi)的第k級(jí)亮度，nk是灰度級(jí)為rk的圖像中的像素個(gè)數(shù)。歸一化直方圖為：p( rk )= h( rk )/n = nk/n，其中，n是圖像中的像素個(gè)數(shù)。MATLAB中直方圖繪圖函數(shù)為imhist，其基本語(yǔ)法為： H=imhist ( f , b );其中，

13、f是輸入的灰度圖像，b是直方圖的灰度級(jí)數(shù)，h是直方圖。3、 直方圖均衡化直方圖均衡化處理可以明顯改善圖像的對(duì)比度，將圖像的直方圖從不均勻分布變成均勻分布，使得圖像亮度層次更加分明，對(duì)于對(duì)比度弱的圖像，直方圖均衡化可以很好地改善顯示效果。假設(shè)灰度級(jí)為歸一化至范圍 0 ，1的連續(xù)量，p(r)表示圖像中灰度級(jí)別為r的概率密度函數(shù)，則均衡化變換可以表示為：對(duì)于離散灰度級(jí)，采用求和的方式來(lái)計(jì)算積分，則直方圖均衡化公式變換為：Matlab中直方圖均衡化采用函數(shù)histep來(lái)實(shí)現(xiàn)，語(yǔ)法為： g=histeq ( f, nlev );其中，f是輸入圖像，g是輸出圖像，nlev是輸出圖像指定的灰度級(jí)，默認(rèn)值為n

14、lev=256。4、 線性空間濾波和非線性空間濾波線性空間濾波是將鄰域中每個(gè)像素與相應(yīng)的模板系數(shù)相乘，然后將結(jié)果進(jìn)行累加，從而得到點(diǎn)（x,y）出的響應(yīng)。MATLAB中使用函數(shù)imfilter來(lái)實(shí)現(xiàn)線性空間濾波： g=imfilter(f, w, filtering_mode, boundary_options, size_options);其中，f是輸入圖像，w為濾波掩膜，g為濾波結(jié)果。濾波類(lèi)型，有corr和conv兩種，邊界選項(xiàng)，有replicate、symmertric、circular等選項(xiàng)，大小選項(xiàng)，有full和same兩個(gè)選項(xiàng)。通用語(yǔ)法：g=imfilter(f, w, replic

15、ate );3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 補(bǔ)充程序一，完成基本的圖像亮度變換。2、 選擇一副圖像，對(duì)其進(jìn)行均衡化處理，顯示原圖像和均衡化后的圖像以及直方圖（程序二）3、 選擇一副圖像，加入噪聲后對(duì)其進(jìn)行4鄰域、8鄰域的平滑處理，并顯示處理前后的結(jié)果，編程實(shí)現(xiàn)（程序三）。四、實(shí)驗(yàn)方法及程序程序一：%圖像亮度反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)f=imread(' C:Documents and SettingsAdministrator桌面kids.tif');imshow(f);g=？; imcomplement %g是反轉(zhuǎn)后的圖像figure,imshow(g);g2=？imadjust(f,0.5,0.75,0

16、,1);%補(bǔ)充亮度變換函數(shù)，突出顯示中間灰度部分figure,imshow(g2,);g3=imadjust(f,2);%gamma=2圖像總體變暗figure,imshow(g3,);程序二：clc;clear allclose all; f1=imread(' C:Documents and SettingsAdministrator桌面football.tif');%選擇讀取一幅jpg格式圖片f1=rgb2gray(f1);%彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像figure(1);subplot(2,2,1);imshow(f1);title('原圖像');subplo

17、t(2,2,2);？imhist(f1);%求f1的直方圖axis off;title('原圖像直方圖');f2=？histeq(f1);%f1直方圖均衡化subplot(2,2,3);imshow(f2);title('直方圖均衡化后的圖像');subplot(2,2,4);imhist(f2);axis off;title('均衡化后的直方圖');程序三：clear allclose all;f=imread(' C:Documents and SettingsAdministrator桌面cameraman.tif');%讀取自選圖像subplot(1,4,1);imshow(f);xlabel('a原圖像');f0=imnoise(uint8(f),'？gaussian',0,0.005);%加入的噪聲為高斯噪聲subplot(1,4,2);imshow(f0);xlabel('b加噪圖像');axis image;h1=0 1 0;1 1 1;0 1 0/5;%四鄰域平均模板f1=imfilte