數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一 Matlab一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1、 初步了解與掌握MATLAB 語言的基本用法；2、 掌握MATLAB 語言中圖象數(shù)據(jù)與信息的讀取方法；3、 掌握在MATLAB 語言中圖像類型的轉(zhuǎn)換。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料1、 計算機(jī)2、 MatLab軟件/語言包括圖像處理工具箱(Image Processing Toolbox)3、 實(shí)驗(yàn)所需要的圖片三、實(shí)驗(yàn)原理將數(shù)字圖像的RGB 表示轉(zhuǎn)換為YUVY=0.30R+0.59G+0.11BU=0.70R-0.59G-0.11B V=-0.30R-0.59G+0.89B四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 閱讀資料并熟悉MatLab的基本操作2MATLAB中的圖象數(shù)據(jù)3、

2、顯示 MATLABMATLAB在自建的文件夾中建立m MATLAB 目錄下work 文件夾中的tree.tif 圖象文件讀出，用到imread，imfinfo 等命令，觀察一下圖象數(shù)據(jù)，了解一下數(shù)字圖象在MATLAB 中的處理就是處理一個矩陣的本質(zhì)。4、將3 中的圖象顯示出來（用imsho。5、 對 MATLAB work flowers.tif 進(jìn)行真彩色圖像、索引色圖像、灰度圖像、二值圖像之間的相互變換，并顯示。6進(jìn)行真彩色圖像RG（lenacolor.jpYIQ HSVYcbCr圖像的相互轉(zhuǎn)換，并顯示。五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、 描述實(shí)驗(yàn)的基本步驟；24、5、6六、實(shí)驗(yàn)所需圖片數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)

3、指導(dǎo)書lenacolor.jpg七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 學(xué)生應(yīng)提前預(yù)習(xí)2、請大家在E 盤建一個目錄matla，在每次啟動時都要將這個目錄加入到MATLAB中，添加的方法為File-Set Path-Tool-Add Path八、思考題1、 圖像之間轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是什么，為什么可以實(shí)現(xiàn)相互的轉(zhuǎn)換九、附錄MATLAB(1)MATLAB全稱是MatrixLaborator（矩陣實(shí)驗(yàn)室，一開始它是一種專門用于矩陣數(shù)值計算的軟件，從這一點(diǎn)上也可以看出，它在矩陣運(yùn)算上有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。實(shí)際上 MATLAB 中的絕大多數(shù)的運(yùn)算都是通過矩陣這一形式進(jìn)行的。這一特點(diǎn)也就決定了 MATLAB 在處理數(shù)字圖像上的獨(dú)特優(yōu)勢

4、。理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，然而在計算機(jī)上對圖像進(jìn)行數(shù)字處理的時候，首先必須對其在空 間和亮度上進(jìn)行數(shù)字化，這就是圖像的采樣和量化的過程。二維圖像進(jìn)行均勻采樣，就可以得到一幅 離散化成 MN 樣本的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一個整數(shù)陣列，因而用矩陣來描述該數(shù)字圖像是最直觀最簡便的了。而MATLAB的長處就是處理矩陣運(yùn)算，因此用MATLAB 處理數(shù)字圖像非常的方便。MATLAB 支持五種圖像類型，即索引圖像、灰度圖像、二值圖像、RGB 圖像和多幀圖像陣列；支持BMP、GIF、HDF、JPEG、PCX、PNG、TIFF、XWD、CUR、ICO 等圖像文件格式的讀，寫和顯示。MATLAB對圖像

5、的處理功能主要集中在它的圖像處理工具箱（Image Processing Toolbox）中。圖像處像變換、圖像分析與圖像增強(qiáng)、二值圖像操作以及形態(tài)學(xué)處理等圖像處理操作。1、 MATLAB中圖象數(shù)據(jù)的讀取A、 imreadimread 函數(shù)用于讀入各種圖象文件，其一般的用法為X，MAP=imread(filename,fmt)其中，X，MAP 分別為讀出的圖象數(shù)據(jù)和顏色表數(shù)據(jù)，fmt 為圖象的格式，filename 為讀取的圖象文件（可以加上文件的路徑。例：X，MAP=imread（flowers.tif,tif）;- 1 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書B、 imwriteimwrite 函數(shù)用于輸

6、出圖象，其語法格式為：imwrite(X,map,filename,fmt)imwrite(X,map,filename,fmt)fmt 指定的格式將圖象數(shù)據(jù)矩陣X 和調(diào)色板map 寫入文件filename。C、 imfinfoimfinfo 函數(shù)用于讀取圖象文件的有關(guān)信息，其語法格式為imfinfo(filename,fmt)imfinfo 函數(shù)返回一個結(jié)構(gòu) info，它反映了該圖象的各方面信息，其主要數(shù)據(jù)包括：文件名（路徑、文件格式、文件格式版本號、文件的修改時間、文件的大小、文件的長度、文件的寬度、每個像素的位數(shù)、圖象的類型等。例：imfinfo(rice.tif)2、 MATLAB中圖

7、象文件的顯示imshowimshow 函數(shù)是最常用的顯示各種圖象的函數(shù)，其語法如下：imshow(X,map)其中X 是圖象數(shù)據(jù)矩陣，map 是其對應(yīng)的顏色矩陣，若進(jìn)行圖象處理后不知道圖象數(shù)據(jù)的值域可以用map。需要顯示多幅圖象時，可以使用figure 語句，它的功能就是重新打開一個圖象顯示窗口。例：I=imread(rice.tif) Imshow(I); J=imread(flowers.tif)figure,imshow(J);3、 其它命令有rgb2gray 將RGB圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像ind2gray 將索引色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像rgb2ind將RGB圖像轉(zhuǎn)換成索引色圖像ind2rgb將

8、索引色圖像轉(zhuǎn)換成RGB圖像im2bw將圖像轉(zhuǎn)換成黑白圖像- 2 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)二圖像的空域處理方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1、 掌握在MATLAB中繪制灰度直方圖的方法，了解灰度直方圖的均衡化的方法；2、 了解圖象濾波的基本定義及目的；3、 了解空域?yàn)V波的基本原理及方法；4、 掌握用MATLAB語言進(jìn)行圖象的空域?yàn)V波的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料1、 計算機(jī)2、 MatLab軟件/語言包括圖像處理工具箱(Image Processing Toolbox)3、 實(shí)驗(yàn)所需要的圖片三、實(shí)驗(yàn)原理1、 灰度變換是對一幅圖象的灰度級進(jìn)行變換，B(x,y)=fA(x,y)2、 用均值濾波器去除圖像

9、中的噪聲；f (x0) 1 1f (x, y)N,x Ny0 N, 0 Ny0y03、 用中值濾波器去除圖像中的噪聲；f (x0,y0) Medf (x,y)| xx0 N,x0 N,yy0 N,y0 N四、實(shí)驗(yàn)步驟1matlabhelpdemostoolboxesimage processingIntensity Adjustment and Histogram, 做灰度變換和直方圖變換，進(jìn)一步了解變換的原因；2、 讀出 men.bmp 這幅圖像，顯示它的圖象及灰度直方圖，可以發(fā)現(xiàn)其灰度值集中在一段區(qū)域，用imadjust 函數(shù)將它的灰度值調(diào)整到0，1之間，并觀察調(diào)整后的圖象與原圖象的差別，

10、調(diào)整后的灰度直方圖與原灰度直方圖的區(qū)別。3、 運(yùn)行 matlabhelpdemostoolboxesimage processingNoise Reduction filter, 進(jìn)一步理解空域?yàn)V波的原理；4lena.bmp 這幅圖像，給這幅圖像加入椒鹽噪聲5、 用均值濾波器去除圖像中的噪聲；6、 用中值濾波器去除圖像中的噪聲；7、 比較兩種方法的處理結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)報告要求- 3 -1、 描述實(shí)驗(yàn)的基本步驟；數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2、 用數(shù)據(jù)和圖片給出步驟2、4、5、6中取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行必要的討論；取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行必 果。六、實(shí)驗(yàn)所需圖片七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)men.bmpLenna.bmp

11、1、 學(xué)生應(yīng)提前預(yù)習(xí)2、由于實(shí)驗(yàn)室的管理規(guī)定所有的程序不能存在C盤和D盤因此請大家在E盤建一個目在每次啟動時都要將這個目錄加入到 MATLAB 的搜索路徑中，添加的方法為 FileSetPath-ToolAdd Path八、思考題1、 小結(jié)一下本實(shí)驗(yàn)所用的增強(qiáng)方法2、 比較一下均值濾波和中值濾波處理的效果并指出其中異同九、附錄MATLAB(3)本實(shí)驗(yàn)中需要了解/使用的函數(shù)MATLAB中灰度直方圖的顯示MATLAB圖象處理工具箱提供了imhist 函數(shù)來計算和顯示圖象的直方圖，imhist 函數(shù)的語法格式為：imhist(I,n) imhist(X,map)imhist(I,n)計算和顯示灰度圖

12、象I 的直方圖，n 256imhist(X,map)計算和顯示索引色圖象X 的直方圖，map 為調(diào)色板。例：- 4 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書I = imread(rice.tif);imshow(I)figure, imhist(I)對比度增強(qiáng)如果原圖象f(x,y)的灰度范圍是m，M，我們希望調(diào)整后的圖象g(x,y)的灰度范圍是n，N，那么MATLAB圖象處理工具箱中提供的imadjust 函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)上述的線性變換對比度增強(qiáng)。Imadjust 函數(shù)的語法格式為：J = imadjust(I,low_in high_in,low_out high_out)J = imadjust(I,low

13、_in high_in,low_out high_out返回圖象I經(jīng)過直方圖調(diào)整后的圖象Jlow_in high_in為原圖象中要變換的灰度范圍，low_out high_out指定了變換后的灰度范圍。例： I = imread(pout.tif);J = imadjust(I,0.3 0.7,); imshow(I), figure, imshow(J)均值濾波是由某像素領(lǐng)域內(nèi)各點(diǎn)灰度值的平均值來代替該像素原來的灰度值?？捎媚K反映領(lǐng)域平均算法的特征。對于四點(diǎn)領(lǐng)域和八點(diǎn)領(lǐng)域，可分別由下述摸板表征：模版沿水平和垂直兩個方向逐點(diǎn)移動，相當(dāng)于用這樣一個模塊與圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算，從而平滑了 整幅圖象。

14、模版內(nèi)各系數(shù)和為1，用這樣的模版處理常數(shù)圖象時，圖像沒有變化；對一般圖象處理后， 整幅圖像灰度的平均值可不變。中值濾波中值濾波是一種非線性處理技術(shù)，能抑制圖象中的噪聲。它是基于圖象的這樣一種特性：噪聲往 在一維的情況下，中值濾波器是一個含有奇數(shù)個像素的窗口。在處理之后，位于窗口正中的像素 580、90、200、110、120，則中值為 110，因?yàn)榘葱〉酱螅ɑ虼蟮叫。?10。于是原理的200 110 200 是一個噪聲的尖峰，則將被濾除。然而，如果它是一個信號，則濾波后就被消除，降低了分辨率。因此中值濾波在某些情況下抑制噪聲，而在另一些情況 下卻會抑制信號。中值濾波很容易推廣到二維的情況。二維

15、窗口的形式可以是正方形、近似圓形的或十字形的。在 圖像增強(qiáng)的具體應(yīng)用中，中值濾波只能是一種抑制噪聲的特殊工具，在處理中應(yīng)監(jiān)視其效果，以決定最終是否采用這種方案。實(shí)施過程中的關(guān)鍵問題是探討一些快速算法。- 5 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書MATLAB中提供了卷積運(yùn)算的函數(shù)命令conv2，其語法格式為： C = conv2(A,B)C = conv2(A,B)返回矩陣A B 的二維卷積C。若A mana 的矩陣，B 為mbnb 的矩陣，則C 的大小為(ma+mb+1)(na+nb+1)。例：A=magic(5)MATLAB圖像處理工具箱提供了基于卷積的圖象濾波函數(shù)filter2，filter2 的語法

16、格式為：Y = filter2(h,X)其中Y = filter2(h,X)X 經(jīng)算子h Y 與輸入圖像X 大小相同。例如：filter2 conv2 是等價的。MATLAB在計算filter2 180 度，再調(diào)用conv2 函數(shù)進(jìn)行計算。Fspecial 函數(shù)用于創(chuàng)建預(yù)定義的濾波算子，其語法格式為：h = fspecial(type)h = fspecial(type,parameters)參數(shù) type 制定算子類型，parameters 指定相應(yīng)的參數(shù)，具體格式為： type=average，為均值濾波，參數(shù)為n，代表模版尺寸，用向量表示，默認(rèn)值為3,3。type= gaussian，為

17、高斯低通濾波器，參數(shù)有兩個，n 表示模版尺寸，默認(rèn)值為3,3，sigma 表示濾波器的標(biāo)準(zhǔn)差，單位為像素，默認(rèn)值為0.5。type= laplacian，為拉普拉斯算子，參數(shù)為alpha，用于控制拉普拉斯算子的形狀，取值范圍為0,1，0.2。type= log表示模版尺寸，默認(rèn)值為3,3，sigma 為濾波器的標(biāo)0.5type= prewittprewitt 算子，用于邊緣增強(qiáng)，無參數(shù)。type= sobelsobel 算子，用于邊緣提取，無參數(shù)。type= unsharpalpha 0,10.2。下面舉一個均值濾波的例子：MATLAB 圖像處理工具箱中，提供了medfilt2 函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)中

18、值濾波。Medfilt2函數(shù)的語法格式為：B = medfilt2(A)33 的濾波窗口對圖像A 進(jìn)行中值濾波。B = medfilt2(A,m n)用指定大小為mn 的窗口對圖像A 進(jìn)行中值濾波。例：I = imread(moon.tif); h = fspecial(unsharp);I2 = imfilter(I,h);imshow(I), title(Original image)figure, imshow(I2), title(Filtered image)- 6 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書MATLAB 中提供了給圖像加入噪聲的函數(shù)imnoiseimnoise的語法格式為J = im

19、noise(I,type)J = imnoise(I,type,parameters)其中J = imnoise(I,type)返回對原始圖像I 添加典型噪聲的有噪圖像J。typeparameters用于確定噪聲的類型和相應(yīng)的參數(shù)。下面的命令是對圖像eight.tif 分別加入高斯噪聲、椒鹽噪聲和乘性噪聲，其結(jié)果如圖所示：例：I=imread(eight.tif); J1=imnoise(I,gaussian,0,0.02); J2=imnoise(I,salt & pepper,0.02); J3=imnoise(I,speckle,0.02); subplot(2,2,1),imshow(

20、I),title(原圖像);subplot(2,2,2),imshow(J1),title(加高斯噪聲);subplot(2,2,3),imshow(J2),title(加椒鹽噪聲);subplot(2,2,4),imshow(J3),title(加乘性噪聲);- 7 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)三圖像分割和目標(biāo)識別一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1、 掌握在MATLAB中邊緣檢測的方法；2、 了解圖像分割的基本策略及方法；3、 掌握用MATLAB語言進(jìn)行邊緣檢測和目標(biāo)識別的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料1、 計算機(jī)2、 MatLab軟件/語言包括圖像處理工具箱(Image Processing Toolb

21、ox)3、 實(shí)驗(yàn)所需要的圖片三、實(shí)驗(yàn)原理1、 閾值分割是對一幅圖象的目標(biāo)和背景進(jìn)行判定，Gf(x,y)g(x,y)f (x,y)Gf (x,y)Telse2、 用中值濾波器去除圖像中的噪聲；f(x0,y0) Medf (x,y)| xx0 N,x0 N,yy0 N,y0 N3、 二值形態(tài)學(xué)基本公式：AB 為結(jié)構(gòu)元素則A 關(guān)于BBAB x|(A()BxAB x|(Ac (B)x ) )B B可以放下該結(jié)構(gòu)元素的區(qū)域。它是一種消除邊界點(diǎn)，使邊界向內(nèi)部收縮的過程?？梢杂脕硐∏覠o意義的物體。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 讀出 chrimage.bmp 這幅圖像，轉(zhuǎn)換為灰度圖像。2、 用中值濾波器去除圖像中的噪

22、聲；3、 采用閾值分割將圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像；4、 對二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)操作，獲得分析值。五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、 描述實(shí)驗(yàn)的基本步驟；2- 8 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的圖像，注意對比不同閾值分割對圖像處理的不同效果。六、實(shí)驗(yàn)所需圖片七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)chrimage.bmp4、 學(xué)生應(yīng)提前預(yù)習(xí)5、由于實(shí)驗(yàn)室的管理規(guī)定所有的程序不能存在C盤和D盤因此請大家在E盤建一個目在每次啟動時都要將這個目錄加入到 MATLAB 的搜索路徑中，添加的方法為 FileSetPath-ToolAdd Path八、思考題1、 小結(jié)一下本實(shí)驗(yàn)所用的分割和統(tǒng)計方法九、附錄待處理的圖像如下所示。圖像有明顯的噪音，部分染色體有斷開和粘連的情況。Matlab下：1、讀取待處理的圖像，將其轉(zhuǎn)化為灰度圖像，然后反白處理。- 9 -數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書I = imread(chrimage.bmp);I2 = rgb2gray(I);s = size(I2);I4 = 255*ones(s(1), s(2), uint8);I5 = imsubtract(I4,I2);2、對圖像進(jìn)行中值濾波去除噪音。經(jīng)試驗(yàn)，如果采用33