《數(shù)字圖像處理》實驗教學大綱DOC.doc

1、S東4兩學浣數(shù)字圖像處理課程實驗教學大綱電子信息工程教研室編信息與電子工程學院2013年8月課程名稱：數(shù)字圖像處理課程編號：056123英文名稱：Digital Image Processing課程負責人：馬加慶課程性質(zhì)：非獨立設(shè)課課程屬性：專業(yè)應(yīng)開實驗學期：第 6學期學時學分：課程總學時 -48 實驗學時-16課程總學分-3實驗學分-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

2、像分析的基本理論和實際應(yīng)用進行系統(tǒng)介紹。目的 是使學生系統(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)用和當前國內(nèi)外的發(fā)展方向。要求學生通過該課程學習，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、課程實驗教學的目的、任務(wù)與要求通過實驗使學生加深對課堂上所學專業(yè)知識的認識，通過理論與實踐相結(jié)合提高學生的動手能 力。要求學生利用所學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

3、生要認真預(yù)習實驗任務(wù)，了解實驗?zāi)康暮蛯嶒瀮?nèi)容；實驗時，要認真上 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MATLA遑礎(chǔ)MATLA應(yīng)用復習，圖像讀入和讀出W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，理想低通濾波初專業(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 和濾波初專業(yè)必修1505邊緣檢測圖像銳化和邊緣檢測，圖像分割專業(yè)1注：實僉類型1.演示2驗加3.綜合4

4、.設(shè)計研究5.其他；為僉類別：1.基砒2.專業(yè)基礎(chǔ)3.專業(yè)/4.其它；奧僉要求：1.必修/2.選修3.其它五、教材（講義、指導書） ：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，清華大學出版社， 20052 . Digital Image Processing ， Castleman R K. 朱志剛等譯，清華大學出版社 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教師完成，本課程實驗由學生

5、單人獨立完成，學生的實驗成績根據(jù)實驗結(jié)果、實驗中分析解決問題的能力、課堂紀律、預(yù)習情況、操作技能、數(shù)據(jù)分析能力等綜合評估。1. 基本要求（ 1 ）學生在實驗前認真預(yù)習準備實驗。復習教材中相關(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 ）實驗中認真分析實驗結(jié)果，主動解決出現(xiàn)的問題，學會自主調(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大綱適用于電子信息工程和電子信息科學與技術(shù)兩個專業(yè)，按照課堂講授進度可適當調(diào)節(jié)實驗內(nèi)容。制定人：馬加慶審定人：批準人：批準

6、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圖像處理的 MATLA誕礎(chǔ)，054411 01二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理， 056123三、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學生掌握使用MATLAB®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。本實驗的準備知識：MATLABg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；ims

7、how(I,n) 圖像顯示。五、實驗內(nèi)容(一)復習MATLABi本命令、基本繪圖方法和編程方法1 、 輸入 A=7 1 5 ； 2 5 6 ； 3 1 5 ， B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3 ，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*B A.*B AA2 A.A2B/A B./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。223 、 設(shè) zx2e (x

8、y ) ，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)， imwrite 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=imread( lena _gray.tif ); 求得圖像的尺寸。顯示圖像I(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_col

9、or.tif ，并顯示。六、實驗方法與步驟1、回顧MATLA即言和編程方法。參考以前的教材或者MATLA的言指導參考書進行復習回顧。2 、 根據(jù)實驗指導書，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，編寫實驗報告。七、實驗要求1 、本實驗由學生單人獨立完成。2、學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，054411 02二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411三、

10、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學生掌握使用MATLAB®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。本實驗的準備知識：第三章，空域圖像增強方法。重點如下：1 、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（1） 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

11、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 文件讀入并重復上述過程，說明增強效果并解釋之。（2） 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=imnoise（A, sa

12、lt & 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

13、，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 、本實驗由學生單人獨立完成。2、學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。Matlab7.x八、場地、設(shè)備與器材信電學院實驗中心；高性能計算機，安裝軟件數(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

14、二維傅里葉變換和頻域增強，054411 03三、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411四、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學生掌握使用MATLAB®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。本實驗的準備知識：第四章頻域圖像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

15、、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=1 2 3 4 5 6 7 8;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)(64X64大小，中間亮條寬16,高 40,居中，暗處=0,亮處=255),用 MATLABfft21、同屏顯示原圖f1和FFT(f1)的幅度譜圖；2、若令 f2(x,y)=(-1) x+y f1(x,y),重復過程 1,比較二3、若將f2(x,

16、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

17、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 、本實驗由學生單人獨立完成。2、學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 4一、實驗項目名稱及實驗項目編號彩色圖像處理，054411 04二、課程名稱及課程編號數(shù)字圖像處理，054411三、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗使學生掌握使用MATLAB®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。本實驗的準備知識：第六

18、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) RG彘間b) CMY 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)藍色圖像分量：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d) ) 彩色RG彘間的各個分量讀取 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

19、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間。(2)提取CMYS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_color.tif 圖像，(1)將該RGB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t% RG招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t% RG招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

20、考：彩色變換時應(yīng)該注意什么？(三)RG彘間的彩色平滑讀取lena_color.tif 圖像，進行下列操作：(1) 采用7X 7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7X 7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) 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，

21、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word文檔，分析結(jié)果，編寫實驗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 報告。七、實驗要求1 、本實驗由學生單人獨立完成。2、學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 6一、實驗項目名稱及實驗項目編號圖像邊緣檢測，054411 05二、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。本實驗的準備知識： 第三章空域圖像增強， 第十章圖像分割中