圖像測(cè)量實(shí)驗(yàn)講義

1、中 國(guó) 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué)高水平大學(xué)教學(xué)建設(shè)專項(xiàng)圖象測(cè)量實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書楊 明 編中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動(dòng)化系智能信息處理實(shí)驗(yàn)室 二零零二年五月實(shí)驗(yàn)課程概況及基本要求一、 實(shí)驗(yàn)基本目的二、 實(shí)驗(yàn)原理三、 實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容四、 實(shí)驗(yàn)基本要求實(shí)驗(yàn)一、圖像的采集和存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)二、圖像平滑和圖像增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)三、圖像的邊緣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)四、圖像的二值化和細(xì)化實(shí)驗(yàn)五、圖像測(cè)量應(yīng)用實(shí)例面積測(cè)量實(shí)驗(yàn)六、圖像測(cè)量應(yīng)用實(shí)例區(qū)域邊界抽出和周長(zhǎng)計(jì)算實(shí)驗(yàn)七、攝像機(jī)校準(zhǔn)的綜合參數(shù)法附錄、實(shí)驗(yàn)中可能用到的matlab函數(shù)介紹實(shí)驗(yàn)課程概況及基本要求一、 實(shí)驗(yàn)基本目的通過(guò)圖像測(cè)量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟練掌握用計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、攝像頭搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的圖

2、像測(cè)量系統(tǒng)的方法，并熟悉圖像采集卡和攝像頭的用法。然后讓學(xué)生用各種方法實(shí)現(xiàn)一些常見和常用的圖像處理和圖像測(cè)量的算法和過(guò)程，從而深刻理解圖像處理和圖像測(cè)量的原理和實(shí)現(xiàn)方法，并能為在今后的學(xué)習(xí)和工作中建立起實(shí)際運(yùn)行的圖像測(cè)量系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。二、 實(shí)驗(yàn)原理圖像測(cè)量是指從輸入圖像中檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象并確定出其相應(yīng)的有關(guān)參數(shù)或者特性的過(guò)程。由于各種原因，由實(shí)際的光學(xué)成像系統(tǒng)所生成的二維圖像中可能包含有各種各樣的隨機(jī)噪聲和畸變。為了提高測(cè)量系統(tǒng)的性能，得到正確的測(cè)量結(jié)果，在進(jìn)行具體測(cè)量之前需要對(duì)輸入圖像進(jìn)行加工、處理。去除輸入圖像中可能包含的噪聲和畸變。這種突出有用信息，抑制無(wú)用信息，從而提高輸入圖像整體

3、質(zhì)量的技術(shù)，被稱為圖像的預(yù)處理。經(jīng)過(guò)預(yù)處理，不僅可以改善輸入圖像的質(zhì)量，而且也為從輸入圖像中正確地檢測(cè)除被測(cè)對(duì)象，并提供后續(xù)測(cè)量所需要的有關(guān)信息打下基礎(chǔ)。在整個(gè)圖像測(cè)量過(guò)程中，除了要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理之外，為了貫徹測(cè)量的意圖，還經(jīng)常需要從圖像中抽取諸如邊緣、直線段等特征信息；不僅如此，有時(shí)甚至需要對(duì)圖像進(jìn)行領(lǐng)域分割計(jì)算，所有這些處理都要用到相關(guān)地圖像處理技術(shù)。三、 實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容本圖像測(cè)量實(shí)驗(yàn)一共安排了七個(gè)。實(shí)驗(yàn)一是圖像的采集和存儲(chǔ)，主要學(xué)習(xí)的是使用攝像頭和圖像采集卡在計(jì)算機(jī)上采集彩色和灰度圖像的方法，并采集一些后續(xù)實(shí)驗(yàn)將要用到的圖像。實(shí)驗(yàn)二即圖像平滑和圖像增強(qiáng)，主要是利用一些常用的圖像平滑和增強(qiáng)

4、的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行平滑和增強(qiáng)處理以去除噪聲并增強(qiáng)圖像的輪廓邊緣等細(xì)節(jié)信息。實(shí)驗(yàn)三即圖像的邊緣檢測(cè)，就是從前面實(shí)驗(yàn)中采集并經(jīng)過(guò)處理的圖像中抽出線、檢出圖像邊緣或抽出圖像輪廓等操作，可以使用教材中介紹的一階微分算子法、梯度算子法、二階微分算子法、LOG算子法，也可以使用實(shí)驗(yàn)講義中介紹的smoothed算子法。實(shí)驗(yàn)四即圖像的二值化和細(xì)化，主要是利用圖像的灰度直方圖以確定相應(yīng)的分割閾值，從而將圖象劃分為物體和背景兩個(gè)部分，在本實(shí)驗(yàn)中主要是利用類判別分類法和S.Watanabe方法選擇閾值從而將圖像二值化，并利用實(shí)驗(yàn)講義介紹的方法對(duì)經(jīng)過(guò)邊緣檢測(cè)并已經(jīng)二值化的圖像進(jìn)行細(xì)化操作。實(shí)驗(yàn)五即圖像測(cè)量

5、應(yīng)用實(shí)例之一的面積測(cè)量，主要是利用標(biāo)號(hào)法計(jì)算圖像中的局部面積。對(duì)不同圖像進(jìn)行標(biāo)號(hào)操作的方法有很多，本實(shí)驗(yàn)中可以采用實(shí)驗(yàn)講義中給出的掃描標(biāo)號(hào)法和遞歸搜索法。實(shí)驗(yàn)六即應(yīng)用實(shí)例之一的區(qū)域邊界抽出和周長(zhǎng)計(jì)算，即利用實(shí)驗(yàn)講義給出的算法對(duì)二值化圖像進(jìn)行邊界抽出和邊界周長(zhǎng)的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)七即攝像機(jī)校準(zhǔn)的綜合參數(shù)法，由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)要完全實(shí)現(xiàn)具體的校準(zhǔn)過(guò)程比較復(fù)雜，所以只要求學(xué)生詳細(xì)闡述在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下怎么樣利用該方法對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法和過(guò)程，可以不實(shí)現(xiàn)具體的校準(zhǔn)過(guò)程。四、 實(shí)驗(yàn)基本要求 掌握常用的圖象采集卡和攝像頭的使用方法，以及利用這些設(shè)備采集所需要的圖像的方法；掌握?qǐng)D像處理及測(cè)量的常用算法，并熟悉利用一種

6、語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)這些算法的過(guò)程；掌握?qǐng)D像測(cè)量的構(gòu)成，思想和工作原理，以及實(shí)際的圖像測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建方法，在今后的學(xué)習(xí)和工作中具備建立起實(shí)際的圖像測(cè)量系統(tǒng)的能力。實(shí)驗(yàn)一 圖像的采集和存儲(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)儀器：攝像頭GC-455P-E，圖像采集卡：OK-C30/S。GC-455P-E自動(dòng)聚焦縮放彩色攝像頭：1、 特性：Built-In Optical Power X16 ZoomHigh Durability Built in Auto Focus and Auto Iris LensDigital Zoom X32Picture Control with Digital Signal Processing(A

7、uto Iris, Auto White Balance)Remote Control Through RS 232C8 Position Zoom ,Focus PresetSeparate Y(Luminance),C(color)Output256 Camera ID Set2、 名稱與功能：1) TELE：菜單模式向上鍵/TELE縮放MENU：菜單選擇WIDE：菜單模式向下鍵/WIDE縮放2) FOCUS+：菜單模式變量增加/調(diào)焦FOCUS-：菜單模式變量減少/調(diào)焦3) COM/LENS：外部鏡頭控制/通信連接口4) S-VHS：S-video輸出連接口5) Video輸出連接口6)

8、+12VDC- 電源輸入終端。OK_C30/S圖像采集卡：OK_C30/S是基于PCI總線，能采集彩色又能采集黑白圖像的采集卡，適用于圖像處理，工業(yè)監(jiān)控和多媒體的壓縮、處理等研究開發(fā)和工程應(yīng)用領(lǐng)域。OK_C30/S卡具有濾除奇偶場(chǎng)鋸齒現(xiàn)象的功能，所以特別適合要求采集動(dòng)態(tài)圖像的場(chǎng)合，如車牌識(shí)別等。該卡的識(shí)別碼為2031。技術(shù)特點(diǎn)：l 彩色和黑白圖像采集l 視頻輸入為標(biāo)準(zhǔn)PAL、NTSC或SECAM制信號(hào)l 六路復(fù)合視頻輸入為選擇或三路Y/C輸入選擇l 亮度、對(duì)比度、色度、飽和度軟件可調(diào)。l 圖像采集分別率最大為768*576。l 具有開窗處理功能，窗口可為方形，也可利用點(diǎn)屏蔽做任意形狀窗口處理l

9、 硬件完成輸入圖像比例縮小l 具有硬件鏡像反轉(zhuǎn)功能l 具有硬件線性虛擬地址映射能力l 支持RGB32，RGB24，RGB16，RGB15，RGB8，YUV16，YUV12，YUV9，黑白圖像GRAY8等圖像格式l 視頻A/D為8bits。l 可采集單場(chǎng)，單幀，間隔幾幀，連續(xù)相鄰幀的圖像，精確到場(chǎng)l 一路監(jiān)輔輸出 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：掌握使用上述儀器采集彩色和灰度圖像的方法，并采集幾種背景比較簡(jiǎn)單，前景為幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何圖形的灰度圖像。三、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 將穩(wěn)壓電源線與攝像頭電源輸入終端連接，其中穩(wěn)壓電源線的白線接+12V端，黑線接GND端。2、 用數(shù)據(jù)線連接圖像采集卡和攝像頭，其中數(shù)據(jù)線接攝像頭的VID

10、EO OUT連接口。3、 運(yùn)行計(jì)算機(jī)上安裝的OK DEMO程序，在設(shè)置中調(diào)整相關(guān)參數(shù)，并調(diào)整攝像頭的位置和相關(guān)參數(shù)，采集需要的圖像文件。實(shí)驗(yàn)二 圖像平滑和圖像增強(qiáng)一、實(shí)驗(yàn)原理：1、圖像的平滑處理就是為了消除圖像中存在的噪聲而對(duì)圖像施加的一種處理。也稱為圖像的去噪聲處理。施行平滑化處理的方法大致分為兩類：頻域法；相應(yīng)處理在頻域進(jìn)行。其中主要的兩種方法是空間鄰域平均法和中值濾波法?？沼蚍ǎ合鄳?yīng)處理在空域進(jìn)行主要有理想低通濾波器和巴特沃思低通濾波器。還有一種多圖像平均法。(1)空間鄰域平均法的一種簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：在圖像中以當(dāng)前像素f(i,j)為中心切出一個(gè)3*3像素組成的圖像塊，如下圖所示，設(shè)當(dāng)前像素f(

11、i,j)的灰度值為g(i,j)時(shí)，則：g(i,j)=f(i,j)+f(i-1,j-1)+ f(i,j-1)+f(i+1,j-1)+f(i-1,j)+f(i+1,j)+f(i-1,j+1),+f(i,j+1)+f(i+1,j+1)/9f(i-1,j-1)f(i,j-1)f(i+1,j-1)f(i-1,j)f(i,j)f(i+1,j)f(i-1,j+1)f(i,j+1)f(i+1,j+1)(2)中值濾波法的一種實(shí)現(xiàn)： 中值濾波是指在圖像中以當(dāng)前像素f(i,j)為中心切出一個(gè)N*M(例如3*3)像素組成的圖像塊，如上圖所示的那樣，設(shè)當(dāng)前像素f(i,j)的灰度值為g(i,j)時(shí)，則g(i,j)取N*N

12、個(gè)像素灰度值中的中值值。中值(定義):將一些數(shù)排序之后,正中間的一個(gè)數(shù)(奇數(shù)個(gè)數(shù)字),或者中間兩個(gè)數(shù)的平均數(shù).選做內(nèi)容:最大(小)值濾波:最大(小)值濾波是指在圖像中以當(dāng)前像素f(i,j)為中心切出一個(gè)N*M(例如3*3)像素組成的圖像塊,設(shè)當(dāng)前像素f(i,j)的灰度值為g(i,j)時(shí),則g(i,j)取N*N個(gè)諸像素灰度值中的最大(小)值.2、圖像增強(qiáng)：圖像增強(qiáng)也稱為圖像銳化，其目的是為了加強(qiáng)圖像中的輪廓邊緣等細(xì)節(jié)信息。與圖像平滑一樣，也可分別在空域和頻域進(jìn)行圖像增強(qiáng)。在空域中進(jìn)行圖像銳化：將原圖像與相減可以得到經(jīng)過(guò)銳化處理的圖像g(i,j)，即：g(i,j)= f(i,j)- = f(i,j

13、)-f(i+1,j)+ f(i-1,j)+ f(i,j+1)+ f(i,j-1)-4 f(i,j)= f(i,j)+4f(i,j)-這里，為可選擇的用于控制銳化程度的因子，其中,1/4是被銳化處理點(diǎn)的周圍4鄰點(diǎn)之灰度的平均值。原圖像經(jīng)過(guò)銳化處理后，灰度變化較平坦的區(qū)域，變化不大，而包括輪廓點(diǎn)在內(nèi)的灰度變化較劇烈的區(qū)域，灰度差別加大，即圖像細(xì)節(jié)得到增強(qiáng)。也可以在頻域進(jìn)行圖像的銳化處理。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1， 圖像平滑：利用空間鄰域平均法和中值濾波法實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的灰度圖像進(jìn)行平滑處理，最大值和最小值濾波方法為選做。2， 利用空域中的圖像銳化方法對(duì)圖像進(jìn)行銳化操作，注意選擇合適的控制銳化程度的因子。實(shí)驗(yàn)三 圖

14、像的邊緣檢測(cè)在灰度圖像的情況下，所謂的邊緣檢測(cè)可以看成是基于圖像像素灰度值在空間的不連續(xù)性對(duì)圖像做出的一種分割。邊緣可以用方向和幅度兩個(gè)特性來(lái)描述。一般而言，沿邊緣走向方向其幅度值變化較平緩，而沿垂直于邊緣走向其幅度值變化較劇烈。邊緣檢測(cè)主要有以下幾種方法：1、 一階微分算子法2、 梯度算子法3、 二階微分算子法4、 LOG算子法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對(duì)前次實(shí)驗(yàn)采集到的并經(jīng)過(guò)圖像平滑和增強(qiáng)的灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)。并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出經(jīng)過(guò)邊緣檢測(cè)處理以后的圖像?？梢允褂蒙鲜龅乃阕訉?duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，也可以采用下面的smoothed算子：Smoothed算子是一個(gè)3*3算子，說(shuō)明如下：，。或.實(shí)驗(yàn)四 圖像的二

15、值化和細(xì)化圖像二值化的目的是將圖像一分為二，即將圖像劃分為物體和背景兩個(gè)部分，利用圖像的灰度直方圖以確定相應(yīng)的分割閾值是實(shí)現(xiàn)圖像二值化的一個(gè)方法。該方法是基于如下的假設(shè)，即圖像中的每一個(gè)區(qū)域都是由許多灰度級(jí)相似的像素所組成的，而物體和背景以及不同物體之間其灰度級(jí)則存在明顯的差別。此時(shí)，圖像的灰度直方圖中將出現(xiàn)明顯的峰值。這樣，只要能根據(jù)直方圖的形狀適當(dāng)選取灰度閾值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分割。一般而言，圖像的二值化的閾值處理方式如下：通常，用=1的部分表示圖像，用=0的部分表示背景，確定t的方法稱為閾值選擇。下面介紹兩種算法：1、 類判別分析法用該方法尋找到的閾值得到的二值圖像，有較好的分離特性。計(jì)

16、算步驟：1) 計(jì)算輸入圖像的灰度級(jí)直方圖（用灰度級(jí)的概率函數(shù)Phs(i)來(lái)表示）。2) 計(jì)算灰度均值(Ave)3) 計(jì)算灰度類均值(Aver(k)和類直方圖和(W(k)4) 計(jì)算類分離指標(biāo)5) 求使Q最大的k最佳閾值：T=k-1。2、 S.Watanabe方法閾值計(jì)算的第2種方法是根據(jù)S.Watanabe提出的方法以灰度直方圖為依據(jù)，為圖像二值化選擇閾值。設(shè)：為輸入圖像中點(diǎn)的灰度級(jí)；為點(diǎn)的8鄰域象素的灰度級(jí)；同的關(guān)系如下圖所示：則灰度級(jí)X的差定義為：其中：當(dāng)->0時(shí)，=-，當(dāng)-<0時(shí)，=0。將圖像中的每個(gè)灰度級(jí)的所有分別疊加，可得到灰度差的直方圖。即：表示所有灰度為X的像素的S取和

17、。對(duì)應(yīng)于最大的C(x)的灰度級(jí)即為輸出的閾值Y。如若的定義變?yōu)椋寒?dāng)-<0時(shí)，=-，當(dāng)->0時(shí)，=0那么輸出的閾值將變?yōu)閅=(Y(+)-(Y(-)/2，其中Y(+)表示第一種定義，而Y(-)表示第二種定義。計(jì)算圖像的閾值的目的就是要二值化圖像，所謂二值化圖像就是將原來(lái)的灰度圖像轉(zhuǎn)換成只有黑和白兩種顏色的圖像。對(duì)于大多數(shù)灰度圖像來(lái)說(shuō)，圖像中的物體和背景是有明顯的區(qū)別。通過(guò)選擇閾值，區(qū)分圖像和背景，以便對(duì)物體進(jìn)行處理。對(duì)一般的灰度圖像來(lái)說(shuō)，若像素的顏色值大于閾值則取255，否則就取0。許多種形狀，特別是細(xì)長(zhǎng)的形狀，可以用沿著目標(biāo)肢體中軸的細(xì)化連線表示。單位寬度，位于目標(biāo)中軸上的連線，稱為

18、目標(biāo)的骨架。細(xì)化過(guò)程與骨架有密切關(guān)系。對(duì)于細(xì)化過(guò)程，目前還沒(méi)有精確的數(shù)學(xué)定義，這也在一定程度上反映了細(xì)化算法的多樣性?？梢詴簳r(shí)把細(xì)化過(guò)程定義為：一個(gè)連續(xù)剝離形體最外層元素直到獲得單位寬度的連通線（骨架）的過(guò)程，因此細(xì)化算法就是重復(fù)地剝掉二值圖像的邊界像素，特別是0>1在變化處的像素的算法，但是剝離邊界像素時(shí)必須保持目標(biāo)的連通性，因而。細(xì)化算法要滿足下面的條件：1、 在每次重復(fù)過(guò)程中，要保持連通性。2、 不能減小形狀的長(zhǎng)度。下面介紹一種細(xì)化算法：Deutsch法。使用Deutsch法對(duì)值為1和0的二值圖像進(jìn)行細(xì)化處理。其中1為待細(xì)化的圖像，0為背景。算法如下：f（4）f(3)f(2)f(5

19、)f(0)f(1)f(6)f(7)f(8)如上圖所示，設(shè)f(0)為輸入圖像的任意像素，f(k)為f(0)的8鄰域像素灰度值，位置如圖所示。定義f(0)的交叉數(shù)為1) 當(dāng)X=0或X=2或X=4時(shí)2)3)4)5) 若X=4則應(yīng)滿足以下條件：A.B.式中，“”表示二進(jìn)制“邏輯與”運(yùn)算，“”表示二進(jìn)制“邏輯或”運(yùn)算。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 利用上面介紹的算法對(duì)采集并經(jīng)過(guò)處理的圖像進(jìn)行二值化2、 利用上面介紹的方法對(duì)進(jìn)行過(guò)邊緣檢測(cè)而且已經(jīng)二值化的圖像進(jìn)行細(xì)化操作。實(shí)驗(yàn)五 圖像測(cè)量應(yīng)用實(shí)例面積測(cè)量面積測(cè)量式圖像測(cè)量的基本操作之一，利用面積測(cè)量可以計(jì)算圖像的局部面積，對(duì)于圖像的參數(shù)測(cè)量具有重要的意義。一般采用標(biāo)號(hào)法

20、進(jìn)行面積計(jì)算。所謂標(biāo)號(hào)法，就是圖像中不同的物體都有唯一識(shí)別的號(hào)數(shù)。在同一物體中，所有的像素點(diǎn)的標(biāo)號(hào)都是一致的，而不同物體之間是完全不同的。在圖像面積測(cè)量中，首先必須對(duì)圖形進(jìn)行分割。為了區(qū)分互不連通的圖形以便分別計(jì)算其面積，需要對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)號(hào)操作。對(duì)不同圖像進(jìn)行標(biāo)號(hào)操作的方法有很多種，這里介紹兩種最基本的方法。1) 掃描標(biāo)號(hào)法掃描標(biāo)號(hào)法的算法如下：u 首先進(jìn)行從左到右，從上到下掃描。在同一行中不連通的行程（灰度級(jí)相同的點(diǎn)）標(biāo)不同的號(hào)，不同的列標(biāo)不同的號(hào)。u 從左上到右下掃描，如果兩個(gè)相鄰的行中右相連通的行程則下行的號(hào)改為上行的號(hào)。u 從右下的左上掃描，如果兩個(gè)相鄰的行中有相連通的行程則上行的號(hào)改

21、為下行的號(hào)。u 再對(duì)標(biāo)過(guò)的號(hào)進(jìn)行排列。通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)號(hào)后，可對(duì)不同的物體的面積進(jìn)行測(cè)量。主要是對(duì)相同號(hào)的點(diǎn)進(jìn)行累加，之后得到物體的像素點(diǎn)的總和?？偤驮俪艘韵禂?shù)將得到圖像中物體的相近的面積。如果對(duì)總和的大小進(jìn)行限定，還可以祛除圖像中的粒子。2) 遞歸搜索法利用遞歸搜索法可以區(qū)分圖像上不同的物體，特別是對(duì)于一些形狀特殊的物體效果明顯。假設(shè)物體的顏色值為黑（即灰度值為0），背景的顏色值為白（即灰度值為255），并且設(shè)置同圖像數(shù)組對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)數(shù)組HAO()（初始值都為0），號(hào)的初值為0。其算法如下：u 如果圖像點(diǎn)的值為0（即是物體的點(diǎn)）而且其對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)數(shù)組的值為0（即未標(biāo)過(guò)號(hào)），那么號(hào)的值增1且調(diào)用標(biāo)

22、號(hào)遞歸子程序。u 遞歸子程序。如上圖所示，中間的點(diǎn)沿著四個(gè)箭頭的方向向左鄰域點(diǎn)、向右鄰域點(diǎn)、向上鄰域點(diǎn)和向下鄰域點(diǎn)遞歸。遞歸的出口示圖像點(diǎn)的值為255（即背景的點(diǎn)）或者圖像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)叔祖的值非0（即標(biāo)過(guò)號(hào)）。說(shuō)明：這種方法的缺點(diǎn)示當(dāng)測(cè)量面積太大時(shí)，系統(tǒng)的堆棧會(huì)發(fā)生溢出，所以只能適應(yīng)小的圖像。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用上述的算法之一，對(duì)前景為幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何圖形的二值圖像進(jìn)行面積測(cè)量。要求分別給出每個(gè)圖形的面積。實(shí)驗(yàn)六 圖像測(cè)量應(yīng)用實(shí)例區(qū)域邊界抽出和周長(zhǎng)計(jì)算抽出圖像區(qū)域邊沿并測(cè)量某些圖像邊沿的長(zhǎng)度時(shí)圖像測(cè)量中常遇到的問(wèn)題。本節(jié)介紹區(qū)域邊界抽出和周長(zhǎng)計(jì)算的方法。1、 區(qū)域邊界抽出邊界抽出右三種簡(jiǎn)單的方法：1)

23、四鄰域法對(duì)目標(biāo)像素和它的四鄰域像素進(jìn)行探測(cè)，若值都相等，則對(duì)目標(biāo)像素給以標(biāo)記，然后清除。2) 八鄰域法對(duì)目標(biāo)像素和它的八鄰域像素進(jìn)行探測(cè)，若值都相等，則對(duì)目標(biāo)像素給以標(biāo)記，然后清除。3) 全圖檢測(cè)法對(duì)整幅圖像從左到右、從上到下進(jìn)行檢測(cè)，若相鄰兩點(diǎn)的像素值為1和0時(shí)，則對(duì)值為1的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記后保留，其余的點(diǎn)清除。2、 區(qū)域邊界周長(zhǎng)對(duì)于二值圖像（記黑為1，白為0）中周長(zhǎng)的測(cè)量，通常的方法時(shí)對(duì)圖像的邊緣像素作出標(biāo)記，然后累計(jì)所標(biāo)記的像素個(gè)數(shù)，所得就是圖像的周長(zhǎng)。對(duì)邊緣像素作標(biāo)記可用下面兩種算法：方法1：1) 定義一個(gè)二維數(shù)組a(i,j)；2) 對(duì)整幅圖像從上到下掃描，比較相鄰兩點(diǎn)的值，如為1和0，則記

24、a(i,j)=1，i、j為值為1的點(diǎn)的坐標(biāo)；3) 對(duì)整幅圖像從左到右掃描，比較相鄰倆點(diǎn)的值，如為1和0，也記a(i,j)=1，i、j為值為1的點(diǎn)的坐標(biāo)；4) 累計(jì)整幅圖像中a(i,j)=1的像素即為周長(zhǎng)。方法2：1) 定義一個(gè)二維數(shù)組a(i,j)。2) 對(duì)整幅圖像從上到下掃描，比較相鄰兩點(diǎn)的值，如為1和0，則記a(i,j)=1，i、j為值為1的點(diǎn)的坐標(biāo)；3) 對(duì)整幅圖像從左上到右下掃描，比較相鄰兩點(diǎn)的值，如為1和0，也記a(i,j)=1，i、j為值為1的點(diǎn)的坐標(biāo)；4) 對(duì)整幅圖像從右下到左上掃描，比較相鄰兩點(diǎn)的值，如為1和0，也記a(i,j)=1，i、j為值為1的點(diǎn)的坐標(biāo)；5) 累計(jì)整幅圖像中

25、a(i,j)=1的像素，即為周長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用上述的算法之一，對(duì)前景為幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何圖形的二值圖像進(jìn)行區(qū)域邊界抽出和周長(zhǎng)計(jì)算。要求給出區(qū)域邊界抽出以后的圖像，并給出區(qū)域的周長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)七 攝像機(jī)校準(zhǔn)的綜合參數(shù)法攝像機(jī)的幾何校準(zhǔn)就是把確立相應(yīng)的系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)和空間變換關(guān)系的過(guò)程?，F(xiàn)行的攝像機(jī)幾何校準(zhǔn)技術(shù)一般都使用基于基準(zhǔn)物體的方法。通常的做法是先由攝像機(jī)獲取該基準(zhǔn)物體的圖像，然后運(yùn)用圖像處理技術(shù)抽取標(biāo)定在基準(zhǔn)物體特征點(diǎn)上的圖像位置信息。由于這些特征點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置信息總是已知的，因此利用第二章所介紹的關(guān)于攝像機(jī)的幾何模型的知識(shí)，根據(jù)上述特征點(diǎn)所提供的信息就可以計(jì)算出攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和攝像機(jī)相對(duì)于

26、世界坐標(biāo)系的空間變換關(guān)系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用教材介紹的攝像機(jī)校準(zhǔn)的綜合參數(shù)法，詳細(xì)闡述在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下怎樣利用該方法對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法和過(guò)程（可以不實(shí)現(xiàn)具體的校準(zhǔn)過(guò)程）。附錄、實(shí)驗(yàn)中可能用到的matlab函數(shù)介紹1、 判斷圖像類型函數(shù)：isbw(),isrgb(),isind(),isgray()flag=isbw(X) 如果X為黑白圖像返回1，否則返回0。flag=isind(X) 如果X為索引圖像返回1，否則返回0；判斷X是否為索引圖像的準(zhǔn)則是：如果X是雙精度類，其所有元素值必須是大于或等于1的整數(shù)，并且X的維數(shù)必須為2；如果X是unit8類，其邏輯標(biāo)志必須是關(guān)閉的，并且X的維數(shù)必須為2

27、。對(duì)于含有多幅圖像的四維數(shù)組返回0而不是非1。flag=isgray(X) 如果X為灰度級(jí)圖像返回1，否則返回0；判斷X是否為灰度圖像的準(zhǔn)則是：如果X是雙精度類，其所有元素值必須在0,1范圍內(nèi)，并且X的維數(shù)必須為2；如果X是unit8類，X的維數(shù)必須為2。2、 將矩陣轉(zhuǎn)換為灰度圖像函數(shù)：mat2gray（）I=mat2gray(X,XMIN XMAX) 將矩陣X轉(zhuǎn)換為灰度圖像I。返回矩陣I包含的值范圍在0.0（黑）到1.0（全亮，白）。XMIN，XMAX分別表示對(duì)應(yīng)于I中0.0和1.0的X中的值，缺省時(shí)分別取X的最小值和最大值。3、 imread()：從圖像文件中讀入圖像，其語(yǔ)法格式有A=im

28、read(文件名，圖像文件格式) 將文件名指定的圖像文件讀入A，A為無(wú)符號(hào)8位整數(shù)（unit8）。如果文件為灰度圖像，則A為一個(gè)二維數(shù)組，如果文件是一個(gè)真彩RGB圖像，則A是一個(gè)三維數(shù)組(m*n*3)。文件名為指定圖像文件名稱的字符串，圖像文件格式是指定圖像文件格式的字符串。文件名必須在當(dāng)前目錄或MATLAB路徑中，如果找不到該文件，則尋找“文件名，圖像文件格式”。圖像文件格式的可能值見下表。圖像文件格式圖像文件格式文件類型bmpWindows位圖文件(BMP)hdf層次數(shù)據(jù)格式圖像文件(HDF)jpg或jpeg聯(lián)合圖像專家組壓縮圖像文件(JPEG)pcxWindows畫筆圖像文件(PCX)t

29、if或tiffTagged Image File Format(TIFF)xwdX Windows Dump(XWD)A,map=imread(文件名，圖像文件格式) 讀入索引圖像到矩陣A，其調(diào)色板值返回給map，A為無(wú)符號(hào)8位整數(shù)(unit8)，map為雙精度浮點(diǎn)數(shù)，其值在0，1范圍內(nèi)。=imread(文件名) 根據(jù)文件內(nèi)容推斷其圖像格式。=imread(,idx) 從多圖像的TIFF格式文件中讀入一幅圖像，idx為整數(shù)值，表示文件中圖像次序，缺省idx則讀入第一幅圖像。=imread(,ref) 從多圖像的HDF格式文件中讀入一個(gè)圖像，ref為整數(shù)值，表示標(biāo)識(shí)圖像的參考值，缺省ref參數(shù)，

30、則讀入第一副圖像。Imread()函數(shù)可讀圖像類型如下表所示。可讀圖像類型圖像格式圖像類型BMP1位、4位、8位、24位非壓縮圖像；4位和8位行程編碼(RLE)圖像HDF帶或不帶調(diào)色板的8位光柵圖像數(shù)據(jù)集，24位光柵圖像數(shù)據(jù)集JPEG任何基線的JPEG圖像，具有常用的幾種擴(kuò)展名PCX1位，8位，24位PCX圖像TIFF任何基線的TIFF圖像，包括1位、8位、24位非壓縮圖像，1位、8位、24位按位壓縮圖像，1位CCITT壓縮格式圖像XWD1位和8位Z像素圖，XY位圖，1位XY像素圖4、 imwrite():將圖像寫入圖像文件中，其語(yǔ)法格式有imwrite(A,文件名，圖像文件格式) 將變量A中

31、的圖像寫入文件名指定的文件中，圖像文件格式字符串指定圖像文件的保存格式，其取值與imread()一樣。如果A是一個(gè)無(wú)符號(hào)8位整數(shù)表示的灰度圖像或真彩色圖像，imwrite（）直接將數(shù)組A中值寫入文件。如果A為雙精度浮點(diǎn)數(shù)，imwrite首先使用unit8(round255*A)自動(dòng)將數(shù)組中的值變換為無(wú)符號(hào)8位整數(shù)，即將0，1范圍內(nèi)的浮點(diǎn)數(shù)變換為0，255范圍內(nèi)8位整數(shù)，然后寫入文件。imwrite(A,map,文件名,圖像文件格式) 將A中的索引圖像及其相關(guān)的調(diào)色板存放到指定文件。如果A是一個(gè)無(wú)符號(hào)8位整數(shù)表示的灰度圖像或真彩色圖像，imwrite（）直接將數(shù)組A中值寫入文件。如果A為雙精度浮

32、點(diǎn)數(shù)，imwrite（）首先使用unit8(A-1)自動(dòng)將數(shù)組中的值變換為無(wú)符號(hào)8位整數(shù)，然后寫入文件。調(diào)色板map必須是雙精度浮點(diǎn)數(shù)，imwrite()自動(dòng)用unit8(round(255*map)將0,1范圍內(nèi)的浮點(diǎn)數(shù)變換為0,255范圍內(nèi)8位整數(shù)，再寫入文件。imwrite(,文件名)根據(jù)文件名的擴(kuò)展名推斷圖像文件格式，將圖像寫入文件中，擴(kuò)展名必須是合法圖像格式文件擴(kuò)展名。Imwrite(,參數(shù)，值,) 為控制輸出文件特性指定參數(shù)，參數(shù)是HDF，JPEG和TIFF文件支持的。對(duì)于HDF文件，“參數(shù)”和“值”如下表所示。HDF文件的參數(shù)和值參數(shù)值缺省值compression為以下字符串之一

33、:none,rle,jpegnoneQuality0100之間的一個(gè)數(shù)，對(duì)Compression取jpeg時(shí)，取值越大，圖像效果越好，但圖像文件就越大75 WriteMode為overwrite,append之一overwrite對(duì)于JPEG文件可能的“參數(shù)”和“值”見下表JPEG文件可能的參數(shù)和值參數(shù)值缺省值Quality0100之間的一個(gè)數(shù)，取值越大，圖像壓縮失真越少，圖像效果越好，但圖像文件就越大。75 對(duì)于TIFF文件可能的“參數(shù)”和“值”見下表。TIFF文件可能的參數(shù)和值參數(shù)值缺省值Compression為以下字符串之一：none，packbits，ccittccitt僅對(duì)二進(jìn)制圖像

34、適用對(duì)二進(jìn)制圖像：ccitt其他：packbitsDescription任何字符串空Imwrite()函數(shù)可寫圖像類型如下表所示。圖像格式圖像類型BMP帶調(diào)色板的8位非壓縮圖像，24位非壓縮圖像HDF帶或不帶調(diào)色板的8位光柵圖像數(shù)據(jù)集，24位光柵圖像數(shù)據(jù)集JPEG基線JPEG圖像PCX8位圖像TIFF基線的TIFF圖像，包括1位，8位，24位非壓縮圖像，1位，8位，24位按位壓縮圖像，1位CCITT壓縮格式XWD8位Z像素圖imwrite()函數(shù)可寫圖像類型5、 iminfo()：返回圖像文件格式，其語(yǔ)法格式有info=iminfo（文件名，圖像文件格式） 返回一個(gè)圖像信息結(jié)構(gòu)，或結(jié)構(gòu)數(shù)組，圖像文件格式與imread（）中的一樣。info=iminfo(文件名) 根據(jù)文件內(nèi)容推斷文件格式info結(jié)構(gòu)包括的字段和值見下表。Info結(jié)構(gòu)中的字段與值字 段值備注Filename包括當(dāng)前目錄下的文件名，其他