圖像處理光電第二次實驗課

1、實驗五 圖像增強空域濾波一、 實驗?zāi)康?進一步了解MatLab軟件/語言，學(xué)會使用MatLab對圖像作濾波處理，使學(xué)生有機會掌握濾波算法，體會濾波效果。了解幾種不同濾波方式的使用和使用的場合，培養(yǎng)處理實際圖像的能力，并為課堂教學(xué)提供配套的實踐機會。 二、實驗要求 (1)學(xué)生應(yīng)當(dāng)完成對于給定圖像+噪聲，使用平均濾波器、中值濾波器對不同強度的高斯噪聲和椒鹽噪聲，進行濾波處理；能夠正確地評價處理的結(jié)果；能夠從理論上作出合理的解釋。(2)利用MATLAB軟件實現(xiàn)空域濾波的程序：I=imread('electric.tif');J = imnoise(I,'gauss',

2、0.02); %添加高斯噪聲J = imnoise(I,'salt & pepper',0.02); (注意空格) %添加椒鹽噪聲 ave1=fspecial('average',3); %產(chǎn)生3×3的均值模版ave2=fspecial('average',5); %產(chǎn)生5×5的均值模版K = filter2(ave1,J)/255; %均值濾波3×3L = filter2(ave2,J)/255; %均值濾波5×5M = medfilt2(J,3 3); %中值濾波3×3模板N = me

3、dfilt2(J,4 4); %中值濾波4×4模板imshow(I);figure,imshow(J);figure,imshow(K);figure,imshow(L);figure,imshow(M);figure,imshow(N);三、實驗設(shè)備與軟件 (1) IBM-PC計算機系統(tǒng) (2) MatLab軟件/語言包括圖像處理工具箱(Image Processing Toolbox) (3) 實驗所需要的圖片 四、實驗內(nèi)容與步驟 a) 調(diào)入并顯示原始圖像Sample2-1.jpg 。b) 利用imnoise 命令在圖像Sample2-1.jpg 上加入高斯(gaussian)

4、噪聲 c)利用預(yù)定義函數(shù)fspecial 命令產(chǎn)生平均(average)濾波器 d）分別采用3x3和5x5的模板，分別用平均濾波器以及中值濾波器，對加入噪聲的圖像進行處理并觀察不同噪聲水平下，上述濾波器處理的結(jié)果； e）選擇不同大小的模板，對加入某一固定噪聲水平噪聲的圖像進行處理，觀察上述濾波器處理的結(jié)果。f）利用imnoise 命令在圖像Sample2-1.jpg 上加入椒鹽噪聲(salt & pepper)g）重復(fù)c) e）的步驟h）輸出全部結(jié)果并進行討論。五、思考題/問答題 (1) 簡述高斯噪聲和椒鹽噪聲的特點。(2) 結(jié)合實驗內(nèi)容，定性評價平均濾波器/中值濾波器對高斯噪聲和椒鹽

5、噪聲的去噪效果？(3) 結(jié)合實驗內(nèi)容，定性評價濾波窗口對去噪效果的影響？ 六、實驗報告要求 描述實驗的基本步驟，用數(shù)據(jù)和圖片給出各個步驟中取得的實驗結(jié)果，并進行必要的討論，必須包括原始圖像及其計算/處理后的圖像。七、實驗圖像 electric.tif（原始圖像） 實驗六 圖像的傅立葉變換 一、 實驗?zāi)康?了解圖像變換的意義和手段；2熟悉傅立葉變換的基本性質(zhì)；3熟練掌握FFT變換方法及應(yīng)用；4通過實驗了解二維頻譜的分布特點；5通過本實驗掌握利用MATLAB編程實現(xiàn)數(shù)字圖像的傅立葉變換。6評價人眼對圖像幅頻特性和相頻特性的敏感度。二、 實驗原理1 應(yīng)用傅立葉變換進行圖像處理傅里葉變換是線性系統(tǒng)分析

6、的一個有力工具，它能夠定量地分析諸如數(shù)字化系統(tǒng)、采樣點、電子放大器、卷積濾波器、噪音和顯示點等的作用。通過實驗培養(yǎng)這項技能，將有助于解決大多數(shù)圖像處理問題。對任何想在工作中有效應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)的人來說，把時間用在學(xué)習(xí)和掌握博里葉變換上是很有必要的。2 傅立葉（Fourier）變換的定義對于二維信號，二維Fourier變換定義為：逆變換：二維離散傅立葉變換為：逆變換：圖像的傅立葉變換與一維信號的傅立葉變換變換一樣，有快速算法，具體參見參考書目，有關(guān)傅立葉變換的快速算法的程序不難找到。實際上，現(xiàn)在有實現(xiàn)傅立葉變換的芯片，可以實時實現(xiàn)傅立葉變換。3利用MATLAB軟件實現(xiàn)數(shù)字圖像傅立葉變換的程序

7、：I=imread(原圖像名.gif); %讀入原圖像文件imshow(I); %顯示原圖像fftI=fft2(I); %二維離散傅立葉變換sfftI=fftshift(fftI); %直流分量移到頻譜中心RR=real(sfftI); %取傅立葉變換的實部II=imag(sfftI); %取傅立葉變換的虛部A=sqrt(RR.2+II.2); %計算頻譜幅值A(chǔ)=（A-min(min(A)）/(max(max(A)-min(min(A)*225 %歸一化figure; %設(shè)定窗口imshow(A); %顯示原圖像的頻譜三、 實驗步驟1 將圖像內(nèi)容讀入內(nèi)存；2 用Fourier變換算法，對圖像作

8、二維Fourier變換；3 將其幅度譜進行搬移，在圖像中心顯示；4 用Fourier系數(shù)的幅度進行Fourier反變換；5 用Fourier系數(shù)的相位進行Fourier反變換；6 比較4、5的結(jié)果，評價人眼對圖像幅頻特性和相頻特性的敏感度。7 記錄和整理實驗報告。四、 實驗儀器1計算機；2 MATLAB程序；3移動式存儲器（軟盤、U盤等）。4記錄用的筆、紙。五、 實驗報告內(nèi)容1敘述實驗過程；2提交實驗的原始圖像和結(jié)果圖像。六、 思考題1傅里葉變換有哪些重要的性質(zhì)?2圖像的二維頻譜在顯示和處理時應(yīng)注意什么?七、實驗圖片number.tif實驗七 圖像增強頻域濾波一、 實驗?zāi)康?掌握怎樣利用傅立葉

9、變換進行頻域濾波2掌握頻域濾波的概念及方法3熟練掌握頻域空間的各類濾波器4利用MATLAB程序進行頻域濾波二、 實驗原理及知識點頻域濾波分為低通濾波和高通濾波兩類，對應(yīng)的濾波器分別為低通濾波器和高通濾波器。頻域低通過濾的基本思想：G(u,v)=F(u,v)H(u,v)F(u,v)是需要鈍化圖像的傅立葉變換形式，H(u,v)是選取的一個低通過濾器變換函數(shù)，G(u,v)是通過H(u,v)減少F(u,v)的高頻部分來得到的結(jié)果，運用傅立葉逆變換得到鈍化后的圖像。理想地通濾波器(ILPF)具有傳遞函數(shù)：其中，為指定的非負數(shù)，為(u,v)到濾波器的中心的距離。的點的軌跡為一個圓。n階巴特沃茲低通濾波器(

10、BLPF)(在距離原點處出現(xiàn)截至頻率)的傳遞函數(shù)為與理想地通濾波器不同的是，巴特沃茲率通濾波器的傳遞函數(shù)并不是在處突然不連續(xù)。高斯低通濾波器(GLPF)的傳遞函數(shù)為其中，為標(biāo)準(zhǔn)差。相應(yīng)的高通濾波器也包括：理想高通濾波器、n階巴特沃茲高通濾波器、高斯高通濾波器。給定一個低通濾波器的傳遞函數(shù)，通過使用如下的簡單關(guān)系，可以獲得相應(yīng)高通濾波器的傳遞函數(shù)：利用MATLAB實現(xiàn)頻域濾波的程序f=imread('room.tif');F=fft2(f); %對圖像進行傅立葉變換%對變換后圖像進行隊數(shù)變化，并對其坐標(biāo)平移，使其中心化S=fftshift(log(1+abs(F);S=gscal

11、e(S); %將頻譜圖像標(biāo)度在0-256的范圍內(nèi)imshow(S) %顯示頻譜圖像h=fspecial('sobel'); %產(chǎn)生空間sobel模版freqz2(h) %查看相應(yīng)頻域濾波器的圖像PQ=paddedsize(size(f); %產(chǎn)生濾波時所需大小的矩陣H=freqz2(h,PQ(1),PQ(2); %產(chǎn)生頻域中的sobel濾波器H1=ifftshift(H); %重排數(shù)據(jù)序列，使得原點位于頻率矩陣的左上角imshow(abs(H),) %以圖形形式顯示濾波器figure,imshow(abs(H1),)gs=imfilter(double(f),h); %用模版h

12、進行空域濾波gf=dftfilt(f,H1); %用濾波器對圖像進行頻域濾波figure,imshow(gs,) figure,imshow(gf,)figure,imshow(abs(gs),)figure,imshow(abs(gf),)f=imread('number.tif'); %讀取圖片PQ=paddedsize(size(f); %產(chǎn)生濾波時所需大小的矩陣D0=0.05*PQ(1); %設(shè)定高斯高通濾波器的閾值H=hpfilter('gaussian',PQ(1),PQ(2),D0); %產(chǎn)生高斯高通濾波器g=dftfilt(f,H); %對圖像進行濾波figure,imshow(f) %顯示原圖像figure,imshow(g,) %顯示濾波后圖像三、 實驗步驟：1調(diào)入并顯示所需的圖片；2利用MATLAB提供的低通濾波器實現(xiàn)圖像信號的濾波運算，并與空間濾 波進行比較。3利用MATLAB提供的高通濾波器對圖像進行處理。4記錄和整理實驗報告。四、實驗儀器1計算機；2MATL