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实验报告具有（）的特征

篇一：

长方体的特征实验报告表

篇二：

数字图像处理实验报告-图像边缘检测和特征提取

华南师范大学实验报告

一、实验目的

1、.掌握边缘检测的Matlab实现方法

2、了解Matlab区域操作函数的使用方法

3、了解图像分析和理解的基本方法

4、了解纹理特征提取的matlab实现方法

二、实验平台

计算机和Matlab软件环境

三、实验内容

1、图像边缘检测

2、图像纹理特征提取

四、实验原理

1、图像边缘检测

图像理解是图像处理的一个重要分支，它研究的是为完成某一任务需要从图像中提取哪些有用的信息，以及如何利用这些信息解释图像。

边缘检测技术对于处理数字图像非常重要，因为边缘是所要提取目标和背景的分界线，提取出边缘才能将目标和背景区分开来。

在图像中，边界表明一个特征区域的终结和另一个特征区域的开始，边界所分开区域的内部特征或属性是一致的，而不同的区域内部的特征或属性是不同的，边缘检测正是利用物体和背景在某种图像特性上的差异来实现的，这些差异包括灰度，颜色或者纹理特征。

边缘检测实际上就是检测图像特征发生变化的位置。

由于噪声和模糊的存在，检测到的边界可能会变宽或在某些点处发生间断，因此，边界检测包括两个基本内容：

首先抽取出反映灰度变化的边缘点，然后剔除某些边界点或填补边界间断点，并将这些边缘连接成完整的线。

边缘检测的方法大多数是基于方向导数掩模求卷积的方法。

导数算子具有突出灰度变化的作用，对图像运用导数算子，灰度变化较大的点处算得的值比较高，因此可将这些导数值作为相应点的边界强度，通过设置门限的方法，提取边界点集。

一阶导数?

x与?

y是最简单的导数算子，它们分别求出了灰度在x和y方向上的变化率，

而方向α上的灰度变化率可以用下面式子计算：

cos?

sin?

对于数字图像，应该采用差分运算代替求导，相对应的一阶差分为：

xf?

yf?

方向差分为：

xfcos?

yfsin?

函数f在某点的方向导数取得最大值的方向是?

tan?

，方向导数的最大值?

是G?

利用梯度模算子来检测边缘是一种很好的方法，它?

称为梯度模。

不仅具有位移不变性，还具有各向同性。

为了运算简便，实际中采用梯度模的近似形式，如：

xf?

yf、max,?

yf）及maxf?

f等。

另外，还有一些常用的算子，如Roberts算子和Sobel算子。

Roberts算子的表达式为：

max?

f,f?

f）

Sobel算子的表达式为：

121?

10?

00?

y方向算子：

20?

X方向算子：

10?

其中，由于Sobel算子是滤波算子的形式，用于提取边缘。

我们可以利用快速卷积函数，简单有效，因此应用很广泛。

拉普拉斯高斯（LoG）算法是一种二阶边缘检测方法。

它通过寻找图像灰度值中二阶微分中的过零点（ZeroCrossing）来检测边缘点。

其原理为，灰度级变形成的边缘经过微分算子形成一个单峰函数，峰值位置对应边缘点；对单峰函数进行微分，则峰值处的微分值为0，峰值两侧符号相反，而原先的极值点对应于二阶微分中的过零点，通过检测过零点即可将图像的边缘提取出来。

2、区域简单形状特征

2.1面积S和周长L

面积和周长时描述块状图形大小的最基本特征。

图像中的图形面积S可用同一标记的

区域中像素的个数来表示。

图形周长L用图形上相邻边缘间距离之和来表示。

3、图像纹理特征提取

3.1基于图像灰度直方图的特征提取

图像灰度直方图的形状揭示了图像的特征。

例如，分布范围狭窄的直方图表示低对比度的图像；单峰直方图描述图像中所含目标的灰度范围相对背景来说具有较窄的灰度范围。

设图像可能的灰度级数为L，其灰度直方图为h,i=0,1…,L-1,灰度均值为m,则其n阶中心统计矩为

un?

0L?

1n?

2,3,...

式中，u2也称方差，是对灰度对比度的度量，可以描述直方图的相对平滑程度；u3表示了直方图的偏斜度；u4描述了直方图的相对平坦型。

常见的纹理统计度量如下：

（1）均值：

0L?

（2）标准偏差：

（3）?

2平滑度：

1-1

3（4）三阶矩：

（5）一致性：

UL?

（6）熵：

hlogh

0L?

3.2基于图像灰度共生矩阵的特征提取

灰度共生矩阵能反映出图像灰度关于方向、相邻间隔、变化幅度的综合信息，它是分析图像的局部模式和它们排列规则的基础。

它反映了图像中任意两点灰度的相关性，根据它可以进行纹理特征的抽取及分析。

为了能更直观地以共生矩阵描述纹理状况，从共生矩阵导出一些反应矩阵状况的参数，典型的有以下几种：

（1）对比度：

2CON?

0j?

0nn

（2）相关：

nn?

COR?

0j?

其中：

nn?

0j?

nn?

0i?

nn1?

xni?

0j?

n1n2?

pnj?

0i?

（3）能量：

ASM?

0j?

0nn2

（4）逆差矩：

NC?

0L?

1L?

1P21?

3.3基于频域的纹理统计方法

纹理的频谱度量是基于傅里叶频谱的，适用于描述图像中的周期或近似周期二维模式的方向性。

这些在频域中易于识别的全局纹理模式，在空间域中很难检测到。

因此，纹理的频谱对于判别周期纹理模式和非周期纹理模式非常有用，对于量化两个周期末时间的差也非常有用。

对纹理描述有用的傅里叶频谱的3个特征：

（1）频谱中突起的尖峰给出了纹理模式的主要方向；

（2）在频谱平面中尖峰的位置给出了模式的基本空间周期；（3）通过过滤除去所有周期性的部分，而留下非周期性的图像元素，然后，这些留下的元素可以通过统计技术进行描述。

在用频谱法进行纹理特征提取时常使用函数S的极坐标表达比较简单。

这里S是频谱函数，r和是坐标系中的变量。

对于每个方向，S可以看做一维函数S?

。

类似的，对每个频率r，Sr也是一个一维函数。

对固定的值分析S?

，可得到沿着自原点的辐射方向上的频谱所表现的特性。

繁殖，分析固定r值的Sr，可得到沿着以原点为圆心的圆形上的特性。

通过求这些函数的积分（离散变量求和），我们可得到全局描述：

R0?

这里R0是以原点为圆心的圆的半径。

五、思考题

1、在边缘提取中，比较边缘提取中LOG、Canny算子的边缘提取效果。

答：

用canny算子与log算子提取边缘的代码如下：

I=double）;

bw4=edge;%canny边缘检测

bw5=edge;%log边缘检测

subplot;imshow;title

运行结果如下：

由上图可以看出，Canny算子提取的边缘的完整与连续性优于Log算子，并且Canny算子对于弱边缘的检测能力也优于Log算子，具有较高的边缘定位精度，边缘较为平滑。

篇三：

LED特性测量实验报告

LED特性及光度测量实验

苏剑邦A8学号：

08323016

中山大学物理科学与工程技术学院光信息科学与技术

邮政编码：

510275中国图书馆分类号：

O43

摘要：

通过设计简单的测试装置，并对发光二极管进行V－I特性曲线、P－I特性曲线的测量，了解发光二极管的发光机理、光学特性与电学特性，并掌握其测试方法。

本文记录了红光LED和绿光LED的电流、电压、功率和光通量测量数据，以此研究探讨LED发光器件的发光特性。

关键词：

LEDV－I特性P－I特性光度

MeasurementofthecharacteristicsandluminosityofLED

SujianbangA8ID:

08323016

SchoolofScienceandEngineeringofSUNYAT-SENUniversity

Postalcode:

510275

Abstract:

ThisessaystudytheopticalandelectriccharacteristicsofLEDbymeasuringit’s

V-IcurveandP-Icurve.Inthisessay,dataofelectriccurrent,voltage,powerandluminousfluxofLEDarerecordedinordertostudyitscharacteristics.

Keyword:

LED,V-Icharacteristic,P-Icharacteristic,luminosit的特征）y

【实验原理】

LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图一）。

常规的发光二极管芯片的结构如图二所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P型氮化镓），透明接触层，P型与N型电极、钝化层几部分。

图2、常规InGaN/蓝宝石LED芯片剖面图

发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。

跨过此p－n结，电子从n型材料扩散到p区，而空穴则从p型材料扩散到n区，如右面的图3（a）所示。

作为这一相互扩散的结果，在p－n结处形成了一个高度的eΔV的势垒，阻止电子和空穴的进一步扩散，达到平衡状态（见图3（b））。

当外加一足够高的直流电压V，且p型材料接正极，n型材料接负极时，电子和空穴将克服在p－n结处的势垒，分别流向p区和n区。

在p－n结处，电子与空穴相遇，复合，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。

这就是发光二极管的发光原

电子的电势能）

子的电势能）

）

理。

选择可以改变半导体的能带隙，从而

就可以发出从紫外到红外不同波长的光线，且发光的强弱与注入电流有关，图3、发光二极管的工作原理2、发光二极管的特点和优点

LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。

主要包括

（1）体积小

（2）耗电量低（3）使用寿命长（4）高亮度、低热量。

（5）环保（6）坚固耐用。

3、发光二极管的主要特性

（1）光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽：

发光二极管所发之光并非单一波长，其波长具有正态分布的特点，在最大光谱能量处的波长成为峰值波长。

即使有两个LED的峰值波长是一样的，但它们在人眼中引起的色感觉也是可能不同的。

光谱辐射带宽是指光谱辐射功率大于等于最大值一半的波长间隔，它表示发光管的光谱纯度。

（2）光通量：

LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，称为光通量ΦV（单位是流明（lm）），是指LED

向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。

但

要考虑人眼对不同波长的可见光的光灵敏度是不同的，国际照明委员会为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结，在明视觉条件下，归结出人眼标准光度观测者光谱光效率函数V，它在555nm上有最大值，此时1W辐射通量等于683lm，如图4

示，其中V’为暗视觉条件下的光谱光视效率。

图4明视觉和暗视觉条件下的光谱光效率函数

通常，光通量的测量以明视觉条件作为测量条件，在测量时为了得到准确的测量结果，必须把LED发射的光辐射能量收集起来，并用合适的探测器将它线性地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大小。

这里可以用积分球来收集光能量，如图5积分球又叫光度球，是一个球形空腔，由内壁涂有均匀的白色漫反射层的球壳组装而成，被测LED置于空腔内。

LED器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，使整个球壁上的照度均匀分布，可用一置于球壁上的探测器来测量这个与光通量成比例的光的照度。

基于积分球的原理，图5挡屏的设计是为了避免LED光直射到探测器。

球和探测器组成的整体要进行校准，同时还要关注探测器与光谱光视效率V的匹配程度，使之比较符合人眼的观测效果。

（3）发光强度：

发光二极管的发光强度取决于p－n结中辐射型复合机率与非辐射型复合机率之比，通常是指法线方向上的发光强度。

若在该方向上辐射强度为W/sr（即一单位立体角度内光通量为1lm）时，则称其发光强度为1坎德拉，符号为cd。

发光强度的概念要求光源是一个点光源，或者要求光源的尺寸和探测器的面积与离光探测器的距离相比足够小。

但在实际中往往没有达到这样的要求，不能严格测出LED的发光强度。

（4）色温：

不同的光源，由于发光物质成份不同，其光谱功率分布有很大差异，一种确定的光谱功率分布显示为一种相应的光色。

人们用黑体加热到不同温度所发出的不同光色来表达一个光源的颜色，称作光源的颜色温度，简称色温。

用光源最接近黑体轨迹的颜色来确定该光源的色温，这样确定的色温叫做相关色温。

（5）发光效率：

光源发出的光通量除以所消耗的功率（单位是lm/w）。

它是衡量光源节能的重要指标。

发光效率：

VIFVF

其中IF，VF分别是发光二极管的正向电流和正向电压，ΦV为光通量。

（6）显色性：

光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性。

也就是颜色的逼真程度。

国际照明委员会CIE把太阳的显色指数（ra）定为100。

（7）正向工作电压VF：

正向工作电压是在给定的正向电流IF下得到的。

一般是在IF=20mA时测得的.

（8）V－I特性：

在正向电压小于阈值时，正向电流极小，不发光。

当电压超过阈值后，正向电流随电压迅速增加。

由V－I曲线可以得出LED的正向电压，反向电流及反向电压等参数。

正常情况下常见的GaNLED反向漏电流在VR=-5V时，反向漏电流IR10μA。

（9）P－I特性：

即LED轴向光强与正向注入电流关系特性。

由于一个产品中往往要使用许多个LED，各LED的发光亮度必须相同或成一定

可调稳流电压源

图6LEDV－I特性测试电路图

比例后才能呈现均一的外观，因此我们必须使用恒流源控制好各LED的工作电流，从而使各LED的亮度达到的一致性。

要研究LED工作电流与亮度的关系，我们就必须测量它的P

可调稳流电流源

图7LEDP－I特性测试电路图图8LEDP－I特性测试装置图

－I特性。

LED光强的测量是按照光度学上的距离平方反比定律来实现的。

我们的测量电路及装置如图8和9所示。

根据CIE127-1997标准，取LED到探测器端面距离d＝100mm，探测器接收面直径a＝11.3mm。

【实验用具】

实验用具：

LED（若干种类）、精密数显直流稳流稳压电源、积分球（Φ＝30cm）、多功能光度计、通用标准光源、光功率计、直尺、万用表、导线等

【实验注意事项】

（1）标准光的供电电流不能超过其标定电压，以免烧坏。

为防止标准光源的供电电源开路电压过大，在装灯、卸灯时须将电源的输出调至最小，或关闭。

（2）标准光源发光时，灯丝脆弱，受到震动容易断裂。

因此，要求标准光源工作时不能受到震动，且熄灭后需要等5分钟，待标准光源冷却后再行拆卸。

标准光源一般采用恒流式点燃，参数以电流为准。

（4）LED安装时切记清正、负极，严禁反装，以免烧坏。

（5）在进行LEDV-I特性和LEDP-I特性测量时，工作电压严禁超过4V，避免烧坏。

【实验内容及操作步骤】

1．搭建发光二极管的光通量测量系统，并使用远方D031标准光源对多功能光度计进行定标。

校零：

a.将精密稳流稳压电源与光度计连接起来，并把Photo－2000J光度探头及标准光源正确装入积分球内；

b.关闭积分球，并确保精密稳流稳压电源无电流电压输出；

c.将Photo－2000J光度计后面板上的钥匙拨至“CAL”，即垂直方向；d.按下Photo－2000J光度计前面板上的校零键“校零/ZERO”，数码管显示“zErO”，再按“校零/ZERO”，“采样/SAMPLE”指示灯与“校零/ZERO”指示灯同时亮起，此时仪器处于校零状态，约需1－2分钟，直到“校零/ZERO”指示灯灭，校零完毕。

定标：

e.打开精密稳流稳压电源，慢慢调大电流至标准光源的标定电流（如果标准光源产品检定报告上所写的是标定电压，则请调至标定电压），约稳定5分钟；f.按一次Photo－2000J光度计前面板上的定标键“定标/CAL”，数码管显示“CAL”，“定标/CAL”指示灯亮起，再按一次“定标/CAL”键，此时数码管闪烁，此时输入标准光源产品检定报告上的标定光通量。

（可用“＞”键选择输入的位置，“∧”键改变闪烁位置的取值），第三次按下“定标/CAL”键，此时数码管显示定标系数，第四次按“定标/CAL”键，此时“定标/CAL”指示灯灭，“采样/EXAMPLE”指示灯闪烁，此时数码管显示光通量的标定值，完成定标。

2．替换标准光源为待测的LED，测量其光通量，计算发光效率。

g.慢慢将电压调至零，标准光源逐渐熄灭，待标准光源冷却后再将其取出，替换为待测LED（切记：

LED长引脚为正极，短引脚为负极，不可插错！

），并将Photo－2000J光度计后面板上的钥匙拨至“TEST”，即水平方向；

h.慢慢增大稳流稳压电源的输出电压至3.5V，记录此时的输出电压，电流值以及光度计上显示的光通量，计算LED此时的发光效率；i.更换其余的LED样品，重复步骤ⅷ。

3．测量LEDV－I特性曲线以及P－I特性曲线。

a．连接测量电路和架设光路（测量V-I特性按照图6，测量P-I特性按照图8和图9），注意LED正负不能接反，并把可调稳流电流源的电流档和电压压档调到最小；b．检查电路，确认无误后打开可调稳流电流源的开关。

适当调大电流源的输出电流和电压，让LED发光以便调准光路，保证LED在探测器接收圆面的轴线上，与探测器端面距离d＝100mm；

c．把电流档和电压档调回零，再缓慢增大输出电流和输出电压，记录下每一组电流、电压值及其对应的光强，注意电压值不宜超过3.8V。

作出LEDV－I特性曲线以及P－I特d．更换其余的LED样品，重复以上步骤步骤。

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