天津理工大學(xué)數(shù)字圖像實驗指導(dǎo)書

數(shù)字圖像處理試驗指導(dǎo)書電子信息工程學(xué)院20238月學(xué)生試驗守則學(xué)生必需在規(guī)定時間內(nèi)參與試驗，不得遲到、早退。學(xué)生進(jìn)入試驗室后，不準(zhǔn)隨地吐痰、抽煙和亂拋雜物，保持室內(nèi)清潔和安靜。 試驗前應(yīng)認(rèn)真閱讀試驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)有關(guān)理論并承受教師提問檢進(jìn)展試驗。試驗中，認(rèn)真執(zhí)行操作規(guī)程，留意人身和設(shè)備安全。學(xué)生要以科學(xué)的態(tài)度進(jìn)展試驗，細(xì)心觀看試驗現(xiàn)象、認(rèn)真記錄各種試驗數(shù)據(jù)，不得馬虎從事，不得抄襲他人試驗數(shù)據(jù)。如儀器發(fā)生故障，應(yīng)馬上報告教師進(jìn)展處理，不得自行拆修。不得動用和觸摸與本次試驗無關(guān)的儀器與設(shè)備。凡損壞儀器設(shè)備、器皿、工具者，應(yīng)主動說明緣由，書寫損壞狀況報告，依據(jù)具體情節(jié)進(jìn)展處理?！舶〝?shù)據(jù)記錄、分析與處理，以及繪制必要的圖形〕前 言與系統(tǒng)等專業(yè)根底課的具體應(yīng)用。以圖像為載體，進(jìn)展算法開發(fā)、數(shù)所裨益。本書與《數(shù)字圖像處理根底》教材配套使用，結(jié)合試驗教學(xué)，為每一章設(shè)計了“試驗?zāi)康南裉幚沓绦蛟O(shè)計與調(diào)試方法，穩(wěn)固所學(xué)學(xué)問，培育實際力氣。20238月名目TOC\o“1-1“\h\z\u\l“_TOC_250008“試驗一圖像的代數(shù)運(yùn)算 1\l“_TOC_250007“試驗二圖像的幾何運(yùn)算 8\l“_TOC_250006“試驗三圖像的傅里葉變換 12\l“_TOC_250005“試驗四圖像的離散余弦變換 14\l“_TOC_250004“試驗五圖像壓縮的實現(xiàn) 18\l“_TOC_250003“試驗六圖像的邊緣檢測 21\l“_TOC_250002“試驗七圖像的空域像素增加 23\l“_TOC_250001“試驗八圖像的空域濾波增加 28\l“_TOC_250000“試驗九圖像的頻域濾波增加 32一、試驗?zāi)康?、了解圖像代數(shù)運(yùn)算的根本函數(shù)和用法2、生疏圖像的根本讀入和輸出3、了解數(shù)字圖像的路徑搜尋二、試驗儀器1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理和大小必需全都，且運(yùn)算符類型相符。原理：XY確實定值差。條件：XY數(shù)據(jù)類型一樣，大小一樣。例：>X=uint8([25051075;44225100]);>>Y=uint8([>55050;505050]);>>Z=imabsdiff(X,Y)Z=2054025617550試驗：>>I=imread(”cameraman.tif”);>>J=uint8(dct2(I));>>K=imabsdiff(I,J);>>imshow(K,[])1.1.原圖像1.2.確定值差函數(shù)處理例原理：XY的疊加效果。條件：XY數(shù)據(jù)類型一樣，大小一樣。例：>>X=uint8([255075;44225100]);>>Y=uint8([505050;505050]);>>Z=imadd(X,Y)Z=2555012594255150試驗：>>I=imread(”cameraman.tif”);>>J=uint8(dct2(I));>>K=imadd(I,J);>>imshow(K,[])1.3.疊加函數(shù)處理例3，求補(bǔ)函數(shù)原理：RGB像素的最大值減去圖像的原始像素值，得到輸出圖像的相應(yīng)位置的值。Matlab支持的各種圖像。例：>>X2=imcomplement(X)X2=024518021130155試驗：>>I=imread(”cameraman.tif”);>>J=imcomplement(I);>>imshow(J)1.4.求補(bǔ)函數(shù)處理例4，除法函數(shù)原理：差異。Z=imdivide〔X，Y〕XY數(shù)據(jù)類型一樣，大小一樣。XY相應(yīng)像素值的變化比率。例：>>X=uint8([2551075;44225100]);>>Y=uint8([502050;505050]);>>Z=imdivide(X,Y)Z=5 1 21 5 2試驗：>>I=imread(”rice.png”);>>blocks=blkproc(I,[3232],”min(x(:))”);>>background=imresize(blocks,[256256],”bilinear”);>>Ip=imdivide(I,background);>>imshow(Ip,[])%[]=letimshowscaledataautomatically1.5.1假設(shè)將參數(shù)改為常數(shù)，結(jié)果如下：>>I=imread(”rice.png”);>>J=imdivide(I,2);>>imshow(J)1.6.25，減法函數(shù)原理：的圖像處理。使用格式與加法類似。Z=imsubtract〔X，Y〕XY是輸入圖像，ZMatlab支持的各種圖像。例：>>X=uint8([2551075;44225100]);>>Y=uint8([505050;505050]);>>Z=imsubtract(X,Y)Z=205 0 250 175 50試驗：>>I=imread(”rice.png”);>>blocks=blkproc(I,[3232],”min(x(:))”);>>background=imresize(blocks,[256256],”bilinear”);>>Ip=imsubtract(I,background);>>imshow(Ip,[])1.7.減法處理例四、留意事項留意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標(biāo)點符號命令使用。五、試驗內(nèi)容1、生疏數(shù)字圖像確實定值差函數(shù)，疊加函數(shù)，求補(bǔ)函數(shù)，除法函數(shù)，減法函數(shù)的使用方法；2、生疏數(shù)字圖像的路徑搜尋；3MATLAB的數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式、函數(shù)、常用命令和快捷鍵。把握指令窗的使用六、試驗思考題思考各種代數(shù)運(yùn)算在圖像處理中的作用。七、試驗報告要求依據(jù)自己上機(jī)的內(nèi)容，將試驗內(nèi)容填寫在試驗報告中。一、試驗?zāi)康?/p>

調(diào)用。二、試驗儀器1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理matlab〔即數(shù)字圖像〕及其運(yùn)算，關(guān)系操作和規(guī)律matlab四、留意事項在英文狀態(tài)下輸入。五、試驗內(nèi)容調(diào)用格式：Y=imresize〔X，M，method〕M0M>1，M<1，則表示需對圖像進(jìn)展縮小。參數(shù)method用來選擇使用何種插值方法。Method=‘bilinear’雙線性插值法Method=‘bicubic’雙三次插值法試驗：>>I=imread(”circuit.tif”);>>J=imresize(I,1.25);>>imshow(J)>>imshow(J)2.1.原圖像2.2.圖像放大例2，圖像的旋轉(zhuǎn)Y=imrotate〔X，angle，method〕試驗：>>I=imread(”circuit.tif”);>>J=imrotate(I,-15,”bilinear”);>>imshow(J)2.3.圖像旋轉(zhuǎn)例3，圖像的剪裁域。試驗：>>I=imread(”circuit.tif”);>>I2=imcrop(I,[3060120160]);>>imshow(I2)>>imshow(I)2.4.原圖像2.5.裁剪圖例六、試驗思考題圖像的幾何運(yùn)算在圖像處理中的應(yīng)用。七、試驗報告要求依據(jù)自己上機(jī)的內(nèi)容，將試驗內(nèi)容填寫在試驗報告中。試驗三圖像的傅里葉變換一、試驗?zāi)康淖?。二、試驗儀器1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理頻域分析法在圖像增加，復(fù)原，編碼壓縮等方面用途廣泛。變換的數(shù)學(xué)問題。四、留意事項留意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標(biāo)點符號命令使用。五、試驗內(nèi)容試驗例：輸入一個圖像矩陣，并將其傅里葉函數(shù)可視化。>>I=imread(”cameraman.tif”);>>I=im2double(I);>>F=fft2(I);>>F2=log(real(F));>>imshow(F2)3.1.原圖像3.2.1傅里葉變換結(jié)果六、試驗思考題書后第八題七、試驗報告要求依據(jù)自己上機(jī)的內(nèi)容，將試驗內(nèi)容填寫在試驗報告中。試驗四 圖像的離散余弦變換一、試驗?zāi)康陌盐諗?shù)字圖像的離散余弦變換了解離散余弦變換在圖像處理中的作用二、試驗儀器1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理離散余弦變換的實現(xiàn)有兩種方法：FFTdct2函數(shù)實現(xiàn)該算法。dctmtx用以計算變換矩陣。詳見教材。四、留意事項函數(shù)調(diào)用根本指令間的區(qū)分。五、試驗內(nèi)容dct2調(diào)用格式：B=dct2〔A〕B=dct2〔A，[MN]〕B=dct2〔A，M，N〕BA同大，且包含了余弦變換后的系數(shù)。的填充或截取。MNAA。MNA0AMxN矩陣。1DCT變換>>RGB=imread(”autumn.tif”);>>I=rgb2gray(RGB); %將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像>>J=dct2(I); %離散余弦變換>>imshow(J)4.1.原圖像4.2.DCT變換結(jié)果idct2調(diào)用格式：B=idct2〔A〕B=idct2〔A，[MN]〕AMNA的填充或截取。MNAA。MNA0AMxN矩陣。100，然后重構(gòu)圖像。>>RGB=imread(”autumn.tif”);>>I=rgb2gray(RGB);>>J=dct2(I);>>imshow(I)>>imshow(J)>>J(abs(J)<10)=0;>>K=idct2(J);>>imshow(K,[0255])4.3.重構(gòu)后的圖像六、試驗思考題離散余弦變換域傅里葉變換的區(qū)分與聯(lián)系。七、試驗報告要求將試驗命令、操作答案填寫與報告中。一、試驗?zāi)康陌盐针x散余弦變換壓縮圖像的方法。依據(jù)已給算法，能夠進(jìn)展壓縮編碼的設(shè)計；了解壓縮結(jié)果的測度方法。二、試驗儀器1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理〔DCT〕的應(yīng)用之一是圖像壓縮。DCT壓縮的過程為：DCT變換。后的圖像格式。DCT解壓的過程為：8x816x16DCT反變換。將反變換的矩陣的塊合成一個單一的圖像。8x8的圖像塊，計算它們的DCT系數(shù)，并且只保存10DCT變換來重構(gòu)圖像。四、留意事項留意指令的使用并在英文狀態(tài)下輸入。五、試驗內(nèi)容與步驟I=imread(”E:\4cat.jpg”);I1=im2double(I);[m,n]=size(I1);I1=I1(1:256,1:256);T=dctmtx(8);B=blkproc(I1,[8,8],”P1*x*P2”,T,T”);mask=[11110000;11100000;11000000;10000000;00000000;00000000;00000000;00000000];B2=blkproc(B,[8,8],”P1.*x”,mask);I2=blkproc(B2,[8,8],”P1*x*P2”,T”,T);figure,imshow(I1);title(”O(jiān)ringinalImage”);figure,imshow(I2);title(”CompressedImage”);OringinalImage5.1.原圖像CompressedImage5.2.壓縮圖像85%DCT系數(shù)，圖像照舊清楚〔質(zhì)量損失幾乎不辨。六、試驗思考題圖像數(shù)據(jù)壓縮率的計算七、試驗報告要求依據(jù)自己上機(jī)的內(nèi)容，將試驗內(nèi)容填寫在試驗報告中。試驗六圖像的邊緣檢測一、試驗?zāi)康?、把握sobel算子邊緣檢測方法。3canny邊緣檢測方法。二、試驗儀器：1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理圖像邊緣檢測是圖像高通濾波的處理目的，常用方法有一階算子和二階算緣輪廓線，便于編程把握跟蹤，及做各種特征分析。四、留意事項1、留意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標(biāo)點符號命令使用。2、留意命令的輸入要在英文狀態(tài)下輸入〔尤其是,和.。五、試驗內(nèi)容I=imread(”cameraman.tif”);BW1=edge(I,’sobel’);BW2=edge(I,”prewitt”);BW3=edge(I,”canny”);imshow(BW1);figure,imshow(BW2);figure,imshow(BW3);6.1sobel算子處理例六、試驗思考題邊緣檢測在模式識別中的應(yīng)用。七、試驗報告要求將試驗命令和操作答案填寫與報告中。試驗七圖像的空域像素增加一、試驗?zāi)康?，了解圖像增加的作用。2，把握空域像素增加的一般方法。二、試驗儀器：1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理便于編程把握跟蹤，及做各種特征分析。比照度擴(kuò)展增加是空域變換增加基于像素點調(diào)整的方法。四、留意事項1、留意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標(biāo)點符號命令使用。2、留意命令的輸入要在英文狀態(tài)下輸入〔尤其是,和.。五、試驗內(nèi)容試驗7.1：比照度擴(kuò)展圖像增加讀入圖像，并計算圖像直方圖。觀看可知，圖像的灰度過于集中，比照度不夠。即：灰度沒有低于40200的。0255，這樣，圖像的比照度就大大增加。>>I=imread(”rice.png”);>>imhist(I)>>imshow(I);7.1.原圖像100090080070060050040030020010000501001502002507.2.原圖像直方圖>>J=imadjust(I,[0.150.9],[01]);>>imhist(J)>>imshow(J);7.3.擴(kuò)展后的圖像100090080070060050040030020010000501001502002507.4.擴(kuò)展后圖像的直方圖7.2直方圖均衡化圖像增加度增加。步驟：列出原始圖像灰度級。統(tǒng)計原始圖像各灰度級的像素數(shù)目。計算原始圖像直方圖各灰度級的頻率數(shù)。計算原始圖像的累計直方圖。取整計算。確定映像關(guān)系。統(tǒng)計直方圖哥哥灰度級的像素數(shù)目。計算直方圖。7.5.直方圖均衡化圖像1200100080060040020000501001502002507.6.均衡化后圖像的直方圖六、試驗思考題直方圖均衡化的方法七、試驗報告要求將試驗命令和操作答案填寫與報告中。一、試驗?zāi)康?，生疏空域濾波增加的根本原理。2，把握均值濾波方法。3，把握中值濾波方法。二、試驗儀器：1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理重量保持不變，從而轉(zhuǎn)變輸出圖像的頻率分布，到達(dá)圖像增加的目的。模板運(yùn)算的數(shù)學(xué)涵義是一種卷積運(yùn)算。四、留意事項1、留意常用操作命令和快捷鍵以及命令窗口中的標(biāo)點符號命令使用。2、留意命令的輸入要在英文狀態(tài)下輸入〔尤其是,和.。五、試驗內(nèi)容步驟如下：合。將模板上的系數(shù)與模板下對應(yīng)的像素相乘。將全部乘積相加。將和〔模板的輸出響應(yīng)〕賦給圖中對應(yīng)模板中心位置。并比較結(jié)果。>>I=imread(”eight.tif”);>>J=imnoise(I,”salt&pepper”,0.02);>>imshow(I)>>imshow(J)8.1.原圖像8.2.加噪圖像>>K=imfilter(J,fspecial(”average”,3));>>imshow(K)8.3.3x3均值濾波8.4.5x5均值濾波8.5.7x7均值濾波六、試驗思考題均值濾波的優(yōu)缺點。七、試驗報告要求將試驗命令和操作答案填寫與報告中。一、試驗?zāi)康?，把握頻域濾波的根本原理。2，把握高通濾波的一般方法。3，把握低通濾波的一般方法。4，了解帶通濾波的方法。二、試驗儀器：1、計算機(jī)2、MATLAB軟件環(huán)境三、試驗原理頻域增加是