数字图像处理实验报告Word文档下载推荐.docx
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（2）二值图像
一幅二值图像是一个取值只有0和1的逻辑数组。
而一幅取值只包含0和1的uint8类数组，在MATLAB中并不认为是二值图像。
使用logical函数可以把数值数组转化为二值数组或逻辑数组。
创建一个逻辑图像，其语法为：
B=logical（A）
其中，B是由0和1构成的数值数组。
要测试一个数组是否为逻辑数组，可以使用函数:
islogical（c）
若C是逻辑数组，则该函数返回1；
否则，返回0。
（3）索引图像
索引颜色通常也称为映射颜色，在这种模式下，颜色都是预先定义的，并且可供选用的一组颜色也很有限，索引颜色的图像最多只能显示256种颜色。
一幅索引颜色图像在图像文件里定义，当打开该文件时，构成该图像具体颜色的索引值就被读入程序里，然后根据索引值找到最终的颜色。
（4）RGB图像
一幅RGB图像就是彩色像素的一个M×
N×
3数组，其中每一个彩色相似点都是在特定空间位置的彩色图像相对应的红、绿、蓝三个分量。
按照惯例，形成一幅RGB彩色图像的三个图像常称为红、绿或蓝分量图像。
令fR，fG和fB分别代表三种RGB分量图像。
一幅RGB图像就利用cat（级联）操作将这些分量图像组合成彩色图像：
rgb_image=cat（3,fR,fG,fB）
在操作中，图像按顺序放置。
三、实验内容及步骤
1．利用imread（）函数读取一幅图像，假设其名为flower.tif，存入一个数组中；
解：
读取图像，存入数组I中：
I=imread（'
flower.tif'
）;
2．利用whos命令提取该读入图像flower.tif的基本信息；
解：
查询数组I的信息：
3．利用imshow（）函数来显示这幅图像；
因为imshow（）方法不能直接显示tif图像矩阵，因此要先转换成RGB模式，再调用imshow（）显示。
代码如下：
>
I1=I（:
:
1）;
I2=I（:
2）;
I3=I（:
3）;
RGB=cat（3,I1,I2,I3）;
imshow（RGB）;
显示的图像为：
4．利用imfinfo函数来获取图像文件的压缩，颜色等等其他的详细信息；
imfinfo（'
）
结果截图：
5．利用imwrite（）函数来压缩这幅图象，将其保存为一幅压缩了像素的jpg文件,设为flower.jpg；
语法：
imwrite（原图像，新图像，‘quality’,q）,q取0-100。
代码：
imwrite（RGB,'
flower.jpg'
'
quality'
80）;
6．同样利用imwrite（）函数将最初读入的tif图象另存为一幅bmp图像，设为flower.bmp。
flower.bmp'
7．用imread（）读入图像：
Lenna.jpg和camema.jpg；
J=imread（'
Lenna.jpg'
K=imread（'
camema.jpg'
8．用imfinfo（）获取图像Lenna.jpg和camema.jpg的大小；
9．用figure,imshow（）分别将Lenna.jpg和camema.jpg显示出来，观察两幅图像的质量。
imshow（J）;
imshow（K）
10．用im2bw将一幅灰度图像转化为二值图像，并且用imshow显示出来观察图像的特征。
gg=im2bw（J）;
imshow（gg）;
四、思考题
（1）简述MatLab软件的特点。
答：
①高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；
②具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;
③友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；
④功能丰富的应用工具箱（如信号处理工具箱、通信工具箱等）,为用户提供了大量方便实用的处理工具。
（2）MatLab软件可以支持哪些图像文件格式？
JPEG、JPEG、PCX、TIFF、PNG、GIF、HDF、XWD等等。
（3）说明函数imread的用途格式以及各种格式所得到图像的性质。
imread函数用于读入各种图像文件，其一般的用法为
[X，MAP]=imread（‘filename’,‘fmt’）
其中，X，MAP分别为读出的图像数据和颜色表数据，fmt为图像的格式，filename为读取的图像文件（可以加上文件的路径）。
（4）为什么用I=imread（‘lena.bmp’）命令得到的图像I不可以进行算术运算？
Matlab系统默认的算术运算时针对双精度类型（double）的数据，而上述命令产生的矩阵的数据类型是无符号8位，直接进行运算会溢出。
实验二图像的代数运算
一、实验目的
1．了解图像的算术运算在数字图像处理中的初步应用。
2．体会图像算术运算处理的过程和处理前后图像的变化。
二、实验原理
图像的代数运算是图像的标准算术操作的实现方法，是两幅输入图像之间进行的点对点的加、减、乘、除运算后得到输出图像的过程。
如果输入图像为A（x,y）和B（x,y），输出图像为C（x,y），则图像的代数运算有如下四种形式：
C（x,y）=A（x,y）+B（x,y）
C（x,y）=A（x,y）-B（x,y）
C（x,y）=A（x,y）*B（x,y）
C（x,y）=A（x,y）/B（x,y）
图像的代数运算在图像处理中有着广泛的应用，它除了可以实现自身所需的算术操作，还能为许多复杂的图像处理提供准备。
例如，图像减法就可以用来检测同一场景或物体生产的两幅或多幅图像的误差。
使用MATLAB的基本算术符（+、-、*、/等）可以执行图像的算术操作，但是在此之前必须将图像转换为适合进行基本操作的双精度类型。
为了更方便地对图像进行操作，MATLAB图像处理工具箱包含了一个能够实现所有非稀疏数值数据的算术操作的函数集合。
三、实验步骤
1．图像的加法运算
I=imread（'
flower2.jpg'
flowerBackground.jpg'
Z=I+J;
%直接矩阵加法运算
imshow（Z）;
K=imadd（I,J）;
%用函数进行加法运
算
imshow（K）;
%
图像加亮：
RGB=imread（'
rose.jpg'
RGB1=imadd（RGB,50）;
RGB2=imadd（RGB,-50）;
subplot（2,2,1）;
imshow（RGB）;
subplot（2,2,2）;
imshow（RGB1）;
subplot（2,2,3）;
imshow（RGB2）;
2．图像的减法运算
background=imopen（I,strel（'
disk'
15））;
%提取背景
I2=imsubtract（I,background）;
subplot（1,2,1）;
imshow（I）;
subplot（1,2,2）;
imshow（I2）;
3.图像的乘法运算
room.tif'
J=immultiply（I,1.2）;
imshow（J）;
4．图像的除法运算
J=double（I）;
J=J*0.43+90;
I2=uint8（J）;
Ip=imdivide（I,I2）;
imshow（Ip,[]）
结果
5．图像的四则代数运算
Z=imlincomb（A,X,B,Y,C）;
%Z=A*X+B*Y+C
四、思考题
1.由图像算术运算的运算结果，思考图像减法运算在什么场合上发挥优势？
使用背景减法进行运动目标检测可以提取出完整的目标图像．可将所得标用于进一步的图像处理工作中。
除去人身体在环境中运动产生的动态区域外．背景减法对其它的动态场景的变化、干扰等特别敏感背景图像获取的理想情况是在场景没有运动因素，最简单背景获取方法是当场景中任何目标时采集一幅图像作为背景图像，但这种固定背景图像的方法．只适合应于外界条件较好的场。
实验三图像变换
内容一：
灰度变换
一、实验目的：
1、了解图像增强的目的及意义，加深对图像增强的感性认识，巩固所学理论知识。
2、学会对图像直方图的分析。
3、掌握直接灰度变换的图像增强方法。
二、实验原理
术语‘空间域’指的是图像平面本身，在空间与内处理图像的方法是直接对图像的像素进行处理。
空间域处理方法分为两种：
灰度级变换、空间滤波。
空间域技术直接对像素进行操作其表达式为
g（x,y）=T[f（x,y）]
其中f（x,y）为输入图像，g（x,y）为输出图像，T是对图像f进行处理的操作符，定义在点（x,y）的指定领域内。
定义点（x,y）的空间邻近区域的主要方法是，使用中心位于（x,y）的正方形或长方形区域，。
此区域的中心从原点（如左上角）开始逐像素点移动，在移动的同时，该区域会包含不同的领域。
T应用于每个位置（x,y），以便在该位置得到输出图像g。
在计算（x,y）处的g值时，只使用该领域的像素。
灰度变换T的最简单形式是使用领域大小为1×
1，此时,（x,y）处的g值仅由f在该点处的亮度决定，T也变为一个亮度或灰度级变化函数。
当处理单设（灰度）图像时，这两个术语可以互换。
由于亮度变换函数仅取决于亮度的值，而与（x,y）无关，所以亮度函数通常可写做如下所示的简单形式：
s=T（r）
其中，r表示图像f中相应点（x,y）的亮度，s表示图像g中相应点（x,y）的亮度。
三、实验内容：
1、图像数据读出
2、计算并分析图像直方图
3、利用直接灰度变换法对图像进行灰度变换
f=imread（'
medicine_pic.jpg'
g=imhist（f,256）;
%显示其直方图
g1=imadjust（f,[01],[10]）;
%灰度转换，实现明暗转换（负片图像）
figure,imshow（g1）
%将0.5到0.75的灰度级扩展到范围[01]
g2=imadjust（f,[0.50.75],[01]）;
figure,imshow（g2）
g=imread（'
point.jpg'
h=log（1+double（g））;
%对输入图像对数映射变换
h=mat2gray（h）;
%将矩阵h转换为灰度图片
h=im2uint8（h）;
%将灰度图转换为8位图
figure,imshow（h）
内容二直方图变换
一、实验目的
1．掌握灰度直方图的概念及其计算方法；
2．熟练掌握直力图均衡化和直方图规定化的计算过程；
3．熟练掌握空域滤波中常用的平滑和锐化滤波器；
4．掌握色彩直方图的概念和计算方法
5．利用MATLAB程序进行图像增强。
图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时，消弱或去除某些不需要的信息的处理方法。
其主要目的是处理后的图像对某些特定的应用比原来的图像更加有效。
图像增强技术主要有直方图修改处理、图像平滑化处理、图像尖锐化处理和彩色处理技术等。
本实验以直方图均衡化增强图像对比度的方法为主要内容，其他方法同学们可以在课后自行联系。
直方图是多种空间城处理技术的基础。
直方图操作能有效地用于图像增强。
除了提供有用的图像统计资料外，直方图固有的信息在其他图像处理应用中也是非常有用的，如图像压缩与分割。
直方图在软件中易于计算，也适用于商用硬件设备，因此，它们成为了实时图像处理的一个流行工具。
直方图是图像的最基本的统计特征，它反映的是图像的灰度值的分布情况。
直方图均衡化的目的是使图像在整个灰度值动态变化范围内的分布均匀化，改善图像的亮度分布状态，增强图像的视觉效果。
灰度直方图是图像预处理中涉及最广泛的基本概念之一。
图像的直方图事实上就是图像的亮度分布的概率密度函数，是一幅图像的所有象素集合的最基本的统计规律。
直方图反映了图像的明暗分布规律，可以通过图像变换进行直方图调整，获得较好的视觉效果。
直方图均衡化是通过灰度变换将一幅图像转换为另一幅具有均衡直方图，即在每个灰度级上都具有相同的象素点数的过程。
三、实验步骤
1打开计算机，启动MATLAB程序；
程序组中“work”文件夹中应有待处理的图像文件；
2调入“实验一”中获取的数字图像，并进行计算机均衡化处理；
3显示原图像的直方图和经过均衡化处理过的图像直方图。
4记录和整理实验报告
I=imread（'
pollen.jpg'
%读入原图像
J=histeq（I）;
%对原图像进行直方图均衡化处理
imshow（I）;
%显示原图像
title（'
原图像'
%给原图像加标题名
%对原图像进行屏幕控制；
显示直方图均衡化后的图像
figure;
%给直方图均衡化后的图像加标题名
直方图均衡化后的图像'
）;
%对直方图均衡化后图像进行屏幕控制；
作一幅子图，并排两幅图的第1幅
subplot（1,2,1）;
imhist（I,64）;
%将原图像直方图显示为64级灰度
原图像直方图'
%给原图像直方图加标题名
subplot（1,2,2）;
%作第2幅子图
imhist（J,64）;
%将均衡化后图像的直方图显示为64级灰度
均衡变换后的直方图'
%给均衡化后图像直方图加标题名
1．直方图是什么概念？
它反映了图像的什么信息？
直方图是灰度级数的函数，反映了图像中具有该灰度级数的像素的个数。
2．直方图均衡化是什么意思？
它的主要用途是什么？
均衡化后的图像有什么特点？
直方图均衡化就是把原图像的灰度直方图从比较集中的某个区间变成在全部灰度范围内的均匀分布。
均衡化后图像的像素重新分配，使一定会度范围内的像素数量大致相同。
图像的亮度变得更亮了，增强了图像的整体效果。
内容三图像的傅立叶变换
1了解图像变换的意义和手段；
2熟悉傅立叶变换的基本性质；
3熟练掌握FFT变换方法及应用；
4通过实验了解二维频谱的分布特点；
5通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的傅立叶变换。
6评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。
1应用傅立叶变换进行图像处理
傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。
通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。
对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。
2傅立叶（Fourier）变换的定义
对于二维信号，二维Fourier变换定义为：
逆变换：
二维离散傅立叶变换为：
图像的傅立叶变换与一维信号的傅立叶变换变换一样，有快速算法，具体参见参考书目，有关傅立叶变换的快速算法的程序不难找到。
实际上，现在有实现傅立叶变换的芯片，可以实时实现傅立叶变换。
1．将图像内容读入内存；
2．用Fourier变换算法，对图像作二维Fourier变换；
3．将其幅度谱进行搬移，在图像中心显示；
4．用Fourier系数的幅度进行Fourier反变换；
5．用Fourier系数的相位进行Fourier反变换；
6．比较4、5的结果，评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。
7．记录和整理实验报告。
I=imread（'
number.tif'
%读入原图像文件
fftI=fft2（I）;
%二维离散傅立叶变换
sfftI=fftshift（fftI）;
%直流分量移到频谱中心
RR=real（sfftI）;
%取傅立叶变换的实部
II=imag（sfftI）;
%取傅立叶变换的虚部
A=sqrt（RR.^2+II.^2）;
%计算频谱幅值
A=（A-min（min（A）））/（max（max（A））-min（min（A）））*225;
%归一化
%设定窗口
imshow（A）;
%显示原图像的频谱
原图：
傅立叶频谱图：
1．傅里叶变换有哪些重要的性质?
①线性性②对称性③折叠型④尺度变换性⑤时移性⑥频移性⑦时域微分性
2．图像的二维频谱在显示和处理时应注意什么?
我在做实验的时候，把彩色图像用傅里叶变换后发现出不了结果，但是黑白图像或者彩色图像经过灰度处理就出来了图像，这些细节要在以后的实验中多多注意。
傅立叶频谱图上看到的明暗不一的亮点，实际上图像上某一点与邻域点差异的强弱，即梯度的大小，也即该点的频率的大小（可以这么理解，图像中的低频部分指低梯度的点，高频部分相反）。
一般来讲，梯度大则该点的亮度强，否则该点亮度弱。
这样通过观察傅立叶变换后的频谱图，也叫功率图，我们首先就可以看出，图像的能量分布，如果频谱图中暗的点数更多，那么实际图像是比较柔和的（因为各点与邻域差异都不大，梯度相对较小），反之，如果频谱图中亮的点数多，那么实际图像一定是尖锐的，边界分明且边界两边像素差异较大的。
对频谱移频到原点以后，可以看出图像的频率分布是以原点为圆心，对称分布的。
实验四图像增强—空域滤波
一、实验目的
进一步了解MatLab软件/语言，学会使用MatLab对图像作滤波处理，使学生有机会掌握滤波算法，体会滤波效果。
了解几种不同滤波方式的使用和使用的场合，培养处理实际图像的能力，并为课堂教学提供配套的实践机会。
二、实验内容与步骤
a）调入并显示原始图像Sample2-1.jpg。
b）利用imnoise命令在图像Sample2-1.jpg上加入高斯（gaussian）噪声
c）利用预定义函数fspecial命令产生平均（average）滤波器
d）分别采用3x3和5x5的模板，分别用平均滤波器以及中值滤波器，对加入噪声的图像进行处理并观察不同噪声水平下，上述滤波器处理的结果；
e）选择不同大小的模板，对加入某一固定噪声水平噪声的图像进行处理，观察上述滤波器处理的结果。
f）利用imnoise命令在图像Sample2-1.jpg上加入椒盐噪声（salt&
pepper）
g）重复c）~e）的步骤
h）输出全部结果并进行讨论。
electric.tif'
J=imnoise（I,'
gauss'
0.02）;
%添加高斯噪声
salt&
pepper'
（注意空格）%添加椒盐噪声
ave1=fspecial（'
average'
%产生3×
3的均值模版
ave2=fspecial（'
5）;
%产生5×
5的均值模版
K=filter2（ave1,J）/255;
%均值滤波3×
3
L=filter2（ave2,J）/255;
%均值滤波5×
5
M=medfilt2（J,[33]）;
%中值滤波3×
3模板
N=medfilt2（J,[44]）;
%中值滤波4×
4模板
subplot（2,3,1）;
subplot（2,3,2）;
subplot（2,3,3）;
imshow（K）;
subplot（2,3,4）;
imshow（L）;
subplot（2,3,5）;
imshow（M）;
subplot（2,3,6）;
imshow（N）;
三、思考题/问答题
（1）简述高斯噪声和椒盐噪声的特点。
高斯噪声特点是它主要由阻性元器件内部产生，它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）。
椒盐噪声特点：
主要由图像切割引起的黑图像上的白点噪声或光电转换过程中产生的泊松噪声等，其噪声的灰度值与邻域像素
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