數(shù)字圖像處理圖像變換實驗報告

1、數(shù)字圖象處理實驗指導(dǎo)書 實驗一 圖象變換實驗實 驗 報 告 實驗名稱：圖像處理 姓名：劉強 班級：電信1102 學(xué)號：1404110128 實驗一 圖像變換實驗圖像點運算、幾何變換及正交變換一、 實驗條件PC機數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)軟件大量樣圖 二、 實驗?zāi)康?、 學(xué)習(xí)使用“數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)軟件系統(tǒng)”，能夠進行圖像處理方面的簡單操作；2、 熟悉圖像點運算、幾何變換及正交變換的基本原理，了解編程實現(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、 觀察圖像點運算和幾何變換的結(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

2、驗原理1、 圖像灰度直方圖、點運算和幾何變換的基本原理及編程實現(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。圖像點運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。點運算可以看作是“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)實現(xiàn)的。如果輸入圖像為A(x,y)，輸出圖像為B(x,y)，則點運算可以表示為：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

3、換函數(shù)確定，該點運算就完全確定下來了。另外，點運算處理將改變圖像的灰度直方圖分布。點運算又被稱為對比度增強、對比度拉伸或灰度變換。點運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)主要是一些矩陣運算，詳細(xì)原理可以參考有關(guān)書籍。實驗系統(tǒng)提供了圖像灰度直方圖、點運算和幾何變換相關(guān)內(nèi)容的文字說明，用戶在操作過程中可以參考。下面以圖像點運算中的閾值變換為例給出編程實現(xiàn)的程序流程圖，如下：2、 圖像正交變換的基本原理及編程實現(xiàn)步驟數(shù)字圖像的處理方法主要有空域法和頻域法，點運算和幾

4、何變換屬于空域法。頻域法是將圖像變換到頻域后再進行處理，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、圖像復(fù)原、圖像壓縮和圖像識別等領(lǐng)域。正交變換實驗的重點是快速傅立葉變換（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)的列進行一維FFT，再對行進行一維FFT，最后計算并顯示幅度譜。程序流程圖如下：四、 實驗內(nèi)容圖像灰度直方圖點運算：圖像反色、灰度線性變換、閾值變換、窗口變換

5、、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注意：1、 所有實驗項目均針對8位BMP灰度圖像進行處理，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)換工具進行轉(zhuǎn)換，再進行處理；2、 本次實驗的重點是圖像的灰度直方圖和點運算，幾何變換和正交變換只作一般性了解。五、 實驗步驟以圖像灰度閾值變換為例說明實驗的具體步驟，其它實驗項目的步驟與此類似。1、 打開計算機，在系統(tǒng)桌面上雙擊“數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)軟件系統(tǒng)”的可執(zhí)行文件“圖象處理”的圖標(biāo)，進入實驗系統(tǒng)；2、 執(zhí)行文件打開，在OPE

6、N對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)行查看圖像基本信息，將顯示圖像基本信息對話框，如圖所示；4、 執(zhí)行查看灰度直方圖，查看圖像的灰度直方圖，如圖所示； 5、 執(zhí)行圖像變換正交變換傅立葉變換，查看圖像的頻率域分布情況，如圖所示；6、 執(zhí)行圖像變換正交變換小波變換，查看圖像經(jīng)過小波變換的效果，如圖所示； 7、 執(zhí)行圖像變換點運算閾值變換，修改閾值變換對話框中的閾值參數(shù)，如圖所示；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，與原圖像進行比較，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；10、 重復(fù)步驟5，查看閾值變

7、換后圖像的頻率域分布情況；11、執(zhí)行文件保存或另存為，保存處理后的圖像；12、執(zhí)行文件重新加載，重新加載原始圖像，但要注意先前對圖像的處理將會丟失；注意：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BMP圖像，再利用系統(tǒng)進行處理。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)，進入轉(zhuǎn)換工具界面，如圖所示；15、按照界面提示，把JPG格式的圖像文件轉(zhuǎn)換成8位BMP圖像。 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

8、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)進行變換，以此增強或者減弱圖像的灰度。灰度的閾值變換可以讓一幅圖像變成黑白二值圖?；叶鹊拇翱谧儞Q也是一種常見的點運算。它的操作和閾值變換類似。從實現(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欤c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)可以由用戶任意合成。灰度均衡是增強圖像的有效方法之一。灰度均衡同樣屬于改進圖像的方法，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

9、。2、 利用圖像鏡像和旋轉(zhuǎn)變換可以實現(xiàn)圖像轉(zhuǎn)置嗎？如果可以，應(yīng)該怎樣實現(xiàn)？可以。進行一次鏡像變換，順（逆）時針旋轉(zhuǎn)兩次，再以與第一次相反的方向鏡像變換。實驗二 圖像增強及復(fù)原實驗七、 實驗條件PC機數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)軟件大量樣圖 八、 實驗?zāi)康?、 熟練使用“數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)軟件系統(tǒng)”； 2、 熟悉圖像增強及復(fù)原的基本原理，了解編程實現(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)條件下的圖像增強效果；4、 觀察圖像退化和復(fù)原的結(jié)果，比較不同復(fù)原方法的復(fù)原效果。九、 實驗原理1、 圖像增強和復(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：圖像增強和圖像復(fù)

10、原。圖像增強不考慮圖像降質(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。圖像增強可以用空域法和頻域法分別實現(xiàn)，空域法主要是在空間域中對圖像象素灰度值直接進行運算處理，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)表示處理后圖像，h(x,y)為空間運算函數(shù)。圖像增強的頻域法是在圖像的頻率域中對圖像的變換值進行某種運算處理，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，這

11、是一種間接處理方法，可以用下面的過程模型來描述：其中：F(u,v)= f(x,y)，G(u,v)= F(u,v)H(u,v)，g(x,y)= G(u,v)，和分別表示頻域正變換和反變換。實驗系統(tǒng)提供了圖像增強相關(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)原和運動模糊復(fù)原操作。本次實驗中圖像復(fù)原只作一般性了解。2、 編程實現(xiàn)步驟下面以圖像增強中的中值

12、濾波操作為例給出編程實現(xiàn)的程序流程圖，如下：十、 實驗內(nèi)容圖像增強：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、運動模糊退化、逆濾波復(fù)原、維納復(fù)原和運動模糊復(fù)原注意：3、 所有實驗項目均針對8位BMP灰度圖像進行處理； 4、 本次實驗的重點是圖像增強中的中值濾波和模板平滑，圖像復(fù)原只作一般性了解。十一、 實驗步驟以圖像中值濾波操作為例說明實驗的具體步驟，其它實驗項目的步驟與此類似。11、 打開計算機，在系統(tǒng)桌面上雙擊“數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)軟件

13、系統(tǒng)”的可執(zhí)行文件“圖象處理”的圖標(biāo)，進入實驗系統(tǒng)；12、 執(zhí)行文件打開，在OPEN對話框中選擇待處理的圖像，按【OK】后系統(tǒng)顯示出圖像；13、 執(zhí)行查看圖像基本信息，將顯示圖像基本信息對話框，如圖所示；14、 執(zhí)行查看灰度直方圖，查看圖像的灰度直方圖，如圖所示； 15、 執(zhí)行圖像變換正交變換傅立葉變換，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；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，與原圖像進行比較，觀察中值濾波的效果，如圖所示； 18、 重復(fù)步驟4，查看中值濾波后圖像的直方圖分布情況；19、 重復(fù)

14、步驟5，查看中值濾波后圖像的頻率域分布情況；10、執(zhí)行文件保存或另存為，保存處理后的圖像；11、執(zhí)行文件重新加載，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、 圖像增強和圖像復(fù)原之間有何區(qū)別？圖像增強：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。針對給定圖像的應(yīng)用場合，有目的地強調(diào)圖像的整體或局部特性，將原來不清晰的圖像變得清晰或強調(diào)某些感興趣的特征，擴大圖像中不同物體特征

15、之間的差別，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強圖像判讀和識別效果，滿足某些特殊分析的需要。 圖像復(fù)原：針對質(zhì)量降低或者失真的圖像，恢復(fù)圖像原始的內(nèi)容或者質(zhì)量。圖像復(fù)原的過程包含對圖像退化模型的分析，再對退化的圖像進行復(fù)原。圖像退化是由于成像系統(tǒng)受各種因素的影響，導(dǎo)致了圖像質(zhì)量的降低，稱之為圖像退化。這些因素包括傳感器噪聲、攝像機聚焦不佳、物體與攝像機之間的相對移動、隨機大氣湍流、光學(xué)系統(tǒng)的象差、成像光源和射線的散射等。 圖像復(fù)原大致可以分為兩種方法： 一種方法適用于缺乏圖像先驗知識的情況，此時可對退化過程建立模型進行描述，進而尋找一種去除或消弱其影響的過程，是一種估計方法； 另一種方法是針對原始圖像有足夠的先驗知識的情況，對原始圖像建立一個數(shù)學(xué)模型并根據(jù)它對退化圖像進行擬