图像实验指导书

实验教学指导书一:实验目的与任务1.理解图像处理的基本原理和方法,利用电子计算机技术对图像进行处理;2.设计滤波器对图像进行滤波处理;3.理解图像处理分析的基本原理和方法,利用电子计算机技术对图像进行处理分析;二:实验教学的基本要求1.理解实验内容,实验目的,做到有针对性的做实验;2.按照实验指导书的实验步骤完成实验要求,得出预期效果;3.对实验结果进行分析;三:实验内容与学时分配序号实验项目时数实验性质要求验证设计综合演示必做选做1数字图像运算基础2利用电子计算机绘制直方图绘制、均衡化;图像点运算增强;图像点运算增强;√√2数字图像变换基础2数字图像的傅立叶变换,照例设计三种不同类型滤波器对图像进行变换,滤波;√√3数字图像分析设计4利用计算机对图进行几何失真纠正,提取图像边缘,区域等特征进行图像分析√√4考试2出另外的题目，要求学生独立完成√√四:考核方法及成绩评定考核方法为上机操作,成绩评定如下:平时成绩占50%，考核占50%；平时成绩从学生的预习报告,上机操作能力以及创新这三个方面进行考核.预习报告占30%,上机操作占60%,创新占10%.实验教学讲义(一)基本内容:熟悉MatLib软件中图像输入/输出/显示/转换的基本命令;数字图像灰度增强点运算,包括灰度对比度增强和直方图均衡,要求熟练运用MatLib软件中相关的命令,并编制直方图均衡的程序;数字图像灰度增强领域运算,要求熟练运用MatLib软件中相关的命令进行空域滤波,并编制程序进行给定图像的锐化,平滑和中值滤波;1.数字图像基础.数字图像读入与输出:InImg=imread(‘图像文件’):读入指定的图像文件到内存InImg:矩阵变量，保存读入的数字图像；图像文件：全路径的图像文件名（格式为：*.bmp或*.jpg）;例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)imwrite(OutImg,‘图像文件’):输出内存中图像数据到文件OutImg:矩阵变量，保存的数字图像；图像文件：全路径的图像文件名（格式为：*.bmp或*.jpg）;例如：ImWrite(OutImg,‘d:\DirName\demoImg_outPut.bmp’)将OutImg中的矩阵数据作为图像文件保存；whosImgData:屏幕输出图像的相关信息ImgData:矩阵变量，保存在内存中的数字图像数字图像显示:imshow(ImgData):将图像文件显示到屏幕ImgData:矩阵变量，保存待显示的数字图像；例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)Imshow(InImg)（显示读入的图像文件）subPlot(行数，列数，区域索引);imshow(ImgData):将图像文件显示到指定的屏幕区域ImgData:矩阵变量，保存待显示的数字图像；行数，列数：屏幕划分区域数（行数x列数）;区域索引:第n块区域（1＝n＝行数x列数）例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)subPlot(1，2，1)；Imshow(InImg):将图像文件显示到屏幕第一块区域数字图像转换:I=rgb2gray(rgbImg)：将彩色图像转换为灰度图像rgbImg:矩阵变量，保存彩色图像；I:矩阵变量，保存灰度图像例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)I=rgb2gray(InImg)subPlot(1，2，1)；Imshow(InImg):显示彩色图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(I):显示灰度图像于屏幕第二块区域bw=im2bw(Img,level)：将灰度图像转换为二值图像；Img:矩阵变量，保存彩色图像或灰度图像；level:灰度级（level为1；level为0）bw:矩阵变量，二值图像例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)bw=im2bw(InImg,0.5)subPlot(1，2，1)；Imshow(InImg):显示彩色图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(bw):显示灰度图像于屏幕第二块区I=mat2gray(X):将矩阵转换为灰度图像;X:矩阵变量；I:灰度图像;练习要求：①熟悉运用以上命令，将给定彩色图像转换为灰度图像，提取8个位面图像并输出到屏幕区域及磁盘文件，对比前后结果2.数字图像灰度增强运算.J=imadjust(I,[lowhigh],[bottomtop],gamma):对灰度图像进行直接灰度变换.I:增强前灰度图像;J:增强后灰度图像;[lowhigh]:待增强的灰度级范围;[bottomtop]:增强后的灰度级范围(对应于[lowhigh]);gamma:描述I和J关系形状的曲线(gamma1,越亮输出值越加强;gamma1,越亮输出值越减弱;gamma=1,线性变换;例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’):灰度增强I=rgb2gray(InImg)J=imadjust(I,[0.10.8],[01],0.5)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示增强前灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J):显示增强后灰度图像于屏幕第二块区例如：J=imadjust(I,[01],[10],1):灰度倒置subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示增强前灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J):显示增强后灰度图像于屏幕第二块区imhist(I):计算灰度图像直方图;J=histeq(I):图像直方图均衡化.I:灰度图像;J:直方图均衡化后灰度图像;例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)I=rgb2gray(InImg)J=histeq(I)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示直方图均衡化前灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J):显示直方图均衡化后灰度图像于屏幕第二块区imhist(I):显示原灰度图像直方图imhist(J):显示直方图均衡化后灰度图像直方图练习要求：①熟悉运用以上命令②编写程序计算给定灰度图像的灰度直方图并进行均衡化，输出结果到屏幕区域及磁盘文件；3.数字图像空域滤波J=imnoise(I,TYPE,…):向灰度图像中加入噪声.I:输入的灰度图像;TYPE:噪声类型,取值为’gaussian’(高斯噪声),’salt&pepper’(椒盐噪声),’speckle’(斑点噪声);J:噪声图像;例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)I=rgb2gray(InImg)J1=imnoise(I,’gaussian’,M,V):加入均值为M(缺省值:0),方差为V(缺省值:0.01)的高斯噪声.J2=imnoise(I,’salt&pepper’,D):加入强度为D(缺省值:0.05)的椒盐黑白噪声.subPlot(1，3，1)；Imshow(I):显示原始灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(J1):显示高斯噪声灰度图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(J2):显示椒盐黑白噪声图像于屏幕第三块区域S=medfilt2(J):对图像进行中值滤波.J:输入的噪声图像;S:滤波后的图像;例如：InImg=ImRead(‘d:\\DirName\\demoImg_InPut.bmp’)I=rgb2gray(InImg)J1=imnoise(I,’gaussian’,0,0.01)S=medfilt2(J1)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示滤波前的图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J1):显示滤波后的图像于屏幕第二块区域练习要求：①熟悉运用以上命令②设计3x3，5x5，7x7的卷积函数（模板）对给定灰度图像进行中值滤波，输出结果到屏幕区域及磁盘文件；③设计3x3，5x5，7x7的卷积函数（模板）对给定灰度图像进行平滑滤波，输出结果到屏幕区域及磁盘文件；实验教学讲义(二)基本内容:熟悉MatLib软件中与图像变换相关的傅里叶变换/卷积/滤波等基本命令;数字图像频域滤波，要求根据截止频率设计低通、高通滤波器对噪声图像进行滤波;数字图像空域滤波,要求熟练运用MatLib软件中相关的命令进行空域滤波,并编制程序进行给定图像的锐化,平滑和中值滤波;1.数字图像变换命令.数字图像基础命令:InImg=imread(‘图像文件’):读入指定的图像文件到内存imwrite(OutImg,‘图像文件’):输出内存中图像数据到文件whosImgData:屏幕输出图像的相关信息imshow(ImgData):将图像文件显示到屏幕subPlot(行数，列数，区域索引);imshow(ImgData):将图像文件显示到指定的屏幕区域I=rgb2gray(rgbImg)：将彩色图像转换为灰度图像bw=im2bw(Img,level)：将灰度图像转换为二值图像；J=imadjust(I,[lowhigh],[bottomtop],gamma):对灰度图像进行直接灰度变换.imhist(I):计算灰度图像直方图;J=histeq(I):图像直方图均衡化.J=imnoise(I,TYPE,…):向灰度图像中加入噪声.S=medfilt2(J):对图像进行中值滤波.I=mat2gray(X):将矩阵转换为灰度图像;X:矩阵变量；I:灰度图像;傅里叶变换：F=fft2(I):2D傅里叶正变换I:矩阵变量，保存输入的灰度图像;F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果；Pha=ANGLE(F):计算相位谱(Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换相位分量)R=abs(F):计算功率谱(R:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换功率分量)F1=real(F):获得傅里叶变换实部分量(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;F1:矩阵变量，保存傅里叶正变换实部分量)F2=imag(F):获得傅里叶变换虚部分量(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;F1:矩阵变量，保存傅里叶正变换虚部分量)fftshift(F):移动傅里叶频谱中心至零频率(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果)I=ifft2(F):2D傅里叶逆变换I:矩阵变量，保存傅里叶逆变换结果;F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果；例如：InImg=ImRead(‘d:\DirName\demoImg_InPut.bmp’)I=rgb2gray(InImg)F1=fft2(I)//傅里叶正变换f1=ifft2(F1)//傅里叶逆变换I1=abs(f1)I1=mat2gray(I1)subPlot(1，2，1)；Imshow(I)://显示灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(I1)://显示傅里叶正变换后图像于屏幕第二块区域Pha=ANGLE(F1)//计算相位谱Pha1=mat2gray(Pha)//将相位谱转换为灰度图像F=fftshift(F1)//移动傅里叶频谱中心至零频率R=abs(F)//计算功率谱R1=mat2gray(R)//将功率谱转换为灰度图像Imshow(R1)//灰度级相差太大,仅显示为中心亮点R1=log(R)//利用log函数对灰度级数进行非线性压缩R1=mat2gray(R1)subPlot(1，3，1)；Imshow(I)://显示灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(R