数字图像处理(基础)教案Word文件下载.docx
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步骤
1扫描仪与计算机和打印机的连接；
2打开计算机，安装扫描仪的驱动程序；
3分别相描一幅二值、灰度和彩色因像
4调整彩色图像的色彩。
5将获得的图像的格式转换为“*.gif”的格式，保存或拷贝到MATLAB程序组根目录的“work”文件夹中，以便后面的实验做为“原图像”利用。
6记录和整理实验报告
仪器
1计算机；
2扫描仪（或数码相机、数字摄象机）及其驱动程序盘；
3图像处理软件（画图，photoshop,Microsoftphotoedit等）；
4记录用的笔、纸。
实验报告内容
六、思考题
1扫描仪有哪些重要指标？
幅面大小、分辨率、颜色数、接口方式
2你使用过哪些图像获取设备呢？
数码相机、摄相机、扫描仪
第二节、图像压缩
目的
1．理解有损压缩和无损压缩的概念；
2．理解图像压缩的主要原则和目的；
3．了解几种常用的图像压缩编码方式。
4．利用MATLAB程序进行图像压缩。
原理
1.图像压缩原理
图像压缩主要目的是为了节省存储空间，增加传输速度。
图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。
不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；
损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。
压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。
信息的冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。
高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分，从而以最小的码元包含最大的图像信息。
编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分为两大类。
（1）.冗余度压缩方法，也称无损压缩、信息保持编码或嫡编码。
具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。
（2）信息量压缩方法，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。
也就是说解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。
应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分为以下3类：
（1）无损压缩编码种类
哈夫曼（Huffman）编码，算术编码，行程（RLE）编码，Lempelzev编码。
（2）有损压缩编码种类
预测编码，DPCM，运动补偿；
频率域方法：
正交变换编码（如DCT），子带编码；
空间域方法：
统计分块编码；
模型方法：
分形编码，模型基编码；
基于重要性：
滤波，子采样，比特分配，向量量化；
（3）混合编码。
有JBIG，H261，JPEG，MPEG等技术标准。
本实验主要利用MATLAB程序进行离散余弦变换（DCT）压缩和行程编码（RunLengthEncoding，RLE）。
1）离散余弦变换（DCT）图像压缩原理
离散余弦变换DCT在图像压缩中具有广泛的应用，它是JPEG、MPEG等数据压缩标准的重要数学基础。
和相同图像质量的其他常用文件格式（如GIF（可交换的图像文件格式），TIFF（标签图像文件格式），PCX（图形文件格式））相比，JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。
JPEG比其他几种压缩比要高得多，而图像质量都差不多（JPEG处理的图像只有真彩图和灰度图）。
正是由于其高压缩比，使得JPEG被广泛地应用于多媒体和网络程序中。
JPEG有几种模式，其中最常用的是基于DCT变换的顺序型模式，又称为基本系统（Baseline）。
用DCT压缩图像的过程为：
（1）首先将输入图像分解为8×
8或16×
16的块，然后对每个子块进行二维DCT
变换。
（2）将变换后得到的量化的DCT系数进行编码和传送，形成压缩后的图像格
式。
用DCT解压的过程为：
（1）对每个8×
16块进行二维DCT反变换。
（2）将反变换的矩阵的块合成一个单一的图像。
余弦变换具有把高度相关数据能量集中的趋势，DCT变换后矩阵的能量集中在矩阵的左上角，右下的大多数的DCT系数值非常接近于0。
对于通常的图像来说，舍弃这些接近于0的DCT的系数值，并不会对重构图像的画面质量带来显著的下降。
所以，利用DCT变换进行图像压缩可以节约大量的存储空间。
压缩应该在最合理地近似原图像的情况下使用最少的系数。
使用系数的多少也决定了压缩比的大小。
在压缩过程的第2步中，可以合理地舍弃一些系数，从而得到压缩的目的。
在压缩过程的第2步，还可以采用RLE和Huffman编码来进一步压缩。
2）行程编码（RLE）原理：
例如如下这幅的二值图像，
如果采用行程编码可以按如下格式保存
其中10和8表示图像的宽和高。
在这个小例子中行程编码并没有起到压缩图像的作用。
这是由于这个图的尺寸过小，当图像尺寸较大时行程编码还是不错的无损压缩方法。
对于灰度图像和二值图像，用行程编码—般都有很高的压缩率。
行程编码方法实现起来很容易，对于具有长重复值的串的压缩编码很有效，例如：
对于有大面积的阴影或颜色相同的图像，使用这种方法压缩效果很好。
很多位图文件格式都采用行程编码，如TIFF，PCX，GEM，BMP等。
实验步骤
1打开计算机，启动MATLAB程序；
2调入“实验一”中获取的数字图像，并进行数据的行程（RLE）编码压缩处理；
3将原图像在Photoshop软件中打开，分别以不同的位图文件格式进行“另保存”，比较它们的数据量。
4记录和整理实验报告
实验仪器
2MATLAB、Photoshop等程序；
3移动式存储器（软盘、U盘等）。
实验程序
图像压缩编码的MATLAB程序语句
1利用DCT变换进行图像压缩的MATLAB程序
RGB=imread（'
原图像名.tif'
）;
I=rgb2gray（RGB）;
J=dct2（I）;
imshow（log（abs（J））,[]）,colormap（jet（64））,colorbar
J（abs（J）<
10）=0;
K=idct2（J）;
figure,imshow（I）
figure,imshow（K,[0255]）
2利用离散余弦变换进行JPEG图像压缩
I=imread（‘原图像名.tif’）;
%读入原图像；
I=im2double（I）;
%将原图像转为双精度数据类型；
T=dctmtx（8）;
%产生二维DCT变换矩阵
B=blkproc（I,[88],’P1*x*P2’,T,T’）;
%计算二维DCT，矩阵T及其转置T’是DCT函数P1*x*P2的参数
Mask=[11110000
11100000
11000000
10000000
00000000
00000000];
%二值掩膜，用来压缩DCT系数，只留下DCT系数中左上角的10个
B2=blkproc（B,[88],’P1.*x.’,mask）;
%只保留DCT变换的10个系数
I2=blkproc（B2,[8,8],’P1*x*P2’,T’,T）;
%逆DCT，重构图像
Subplot（1,2,1）;
Imshow（I）;
title（‘原图像’）；
%显示原图像
Subplot（1,2,2）;
Imshow（I2）;
title（‘压缩图像’）；
%显示压缩后的图像。
对比原始图像和压缩后的图像，虽然舍弃了85%的DCT系数，但图像仍然清晰（当然有一些质量损失）
3利用行程编码（RLE）进行图像压缩
I=checkerboard（10,2）;
%调入原图像
[mn]=size（I）;
J=[];
fori=1:
m
value=I（i,1）;
num=1;
forj=2:
n
ifI（i,j）==value
num=num+1;
else
J=[Jnumvalue];
num=1;
value=I（i,j）;
end
end
I=[Jnumvalue00];
%添加的行判断位00
disp（‘原图像大小：
’）
whos（‘I’）;
disp（‘压缩图像大小：
whos（‘J’）;
disp（‘图像的压缩比：
disp（m*n/length（J））
DCT变换进行的图像压缩
离散余弦变换进的JPEG图像压缩
思考题
简述离散余弦变换（DCT）和行程编码（RLE）的原理。
离散余弦变换（DCT）是通过数学变换可以改变信号能量的分布，从而压缩信息量。
行程编码（RLE）是一种简单的无损编码技术，它改变连续出现相同字符的表达方式，以降低码长，传真的二值图像中，连“0”或连“1”总是成串出现，称为“白游程”和“黑游程”。
非二值的相同连续数据串，同样简化为两个符号：
一个符号代表数据，第二个代表串长。
二、3DMAX实例
生产线设备三维外形图（设备外形图）用在监控中，从建模到出图的过程是：
生产线所有单机设备建模，然后单机设备模型组装，给生产线设备外形图渲染、配色，灯光效果输出图片。
三维效果图建模是以二维的平面图建模成为三维效果图的。
设备外形图根据cad机械制图按一比一的比例来作图，这样能保证设备外形图按照机械图的要求作出来。
若在作设备外形图时，没有cad图纸，作出来的单机备外形图看着比例差异不大，但把生产线的多个设备外形图装配在一起的时候，单个设备外形图大小高矮不同，装配起来衔接不协调。
即使调整单个设备外形图的大小后装配在一起，生产线的设备外形图组装在一起，生产线前后搭配的设备看着有些瑕疵。
生产线单机设备外形图建模条件：
有cad图纸，图纸包括生产线每个单机设备重要的外形尺寸，包括主视图，和俯视图，或是单机设备图组装图和重要零件的外形图。
生产线的装配图需要生产线每个单机设备组装的平面布置图。
根据cad图纸保证设备外形图根据图纸要求按照相应的比例作图设备外形。
生产线的单机设备外形尺寸主视图如下：
，或是生产线前后相互连接单机设备cad图，如下图：
，无论cad图纸是生产线的单机设备图或其他的图纸，要求图纸标注清楚单机设备的外形，重要尺寸大小等cad图信息。
生产线的平面布置图：
。
生产线的平面布置图能看清楚单机设备相互衔接的先后顺序，单机设备放置的位置，标注每个单机设备的序列编号。
生产线的平面布置图是组装生产线的三维效果图必不可少的重要依据。
根据图纸，生产线的三维效果图可以从开始设备从头到尾的组装，以便于组装生产线三维效果的顺利进行。
生产线设备表就是生长线上每个单机设备的名称。
如下图：
当cad图形中没有标注设备名称，看着设备名称表可以确定单机设备的名称。
拿到要建模的生产线cad图纸及生产线设备名称列表后，根据cad图纸看图纸，确定生产线单机设备建模及组装的时间。
每次运行max创建一个新的设备外形图，max默认的尺寸是与工程作图的单位要求不同，为了保证每个三维设备创建的外形单位尺寸相同，在max设置系统单位，单位尺寸都是mm.如下图：
当所有的图纸单位不统一时，统一转换为mm。
把每次创建的生产线的单机设备外形图尺寸统一，以便于以后其他工程中用到，这样可以省去重复建模的时间。
生产线的单机设备建模如下：
生产线的每个单机设备要根据cad图进行建模。
即使在生产线的设备外形图装配中需要调整某个单机设备的尺寸，单独调整某个单机设备外形图尺寸后对整个生产线的设备外形图调整影响也不是很大。
生产线组装图如下：
生产线设备外形图组装时是按设备号的先后顺序，根据生产线的cad平面布置来装配的。
生产线设备的摆放也是对应图纸来的。
设备的渲染、配色方案。
生产线组装后的渲染、配色的生产线设备外形效果图。
如下：
具体的渲染配色情况如下：
渲染背景色:
单机设备外形图主要配色：
单机设备外形图电机罩壳等附加设备配色：
皮带输送带皮带配色：
风管、皮带输送机机头罩等附件配色：
振槽附件配色：
电机配色：
生产线单机设备配色方案如上图来配色，有些设备的一些局部配色根据监控的需要做调整。
效果图片的输出：
在max中图片的输出格式有多种，但是在监控常用的图片格式有两种。
一种是bmp文件格式，BMP是微软的位图格式。
压缩率很小，容量较大。
这种文件格式的图片，色彩比较好。
另外一种图片文件格式是JPG文件格式，JPG是压缩图像格式压缩率较大，文件容量偏小。
输出图片有灯光及阴影的效果如下：
有灯光效果的生产线，有阴影效果看着效果比较实在，符合实际物体的阴影效果现象，且有灯光效果的效果图光感比较舒服。
输出图片没有灯光与阴影的效果如下：
没有灯光效果图相对暗淡。
在监控中，有些工程的监控画面需要生产线的设备外形图灯光阴影效果，有些工程的监控画面生产线的设备外形图不需要灯光阴影，这些情况根据监控的需要来决定。
在监控中，有些工程的监控画面只需把设备的状态信息显示，把设备的外形图放到监控画面中即可，有些工程的监控画面需要做状态显示或是其他的动画，这部分除了放上设备的外形图外还需要一些显示或是其他的动画图片，这部分图片需要抠图，抠图的情况根据监控上的状态或是动画情况来决定。
三、PHOTOSHOP实例
这个Photoshop教程将向你展示如何用火的照片来与文字相结合。
我们现在将看到的是一个漂亮的暗色背景与一个华美的文字效果相结合的全图。
一如既往我们将最先看到最后的效果，这样你将会知道我们最终要做出什么样的效果。
这个漂亮的图像此刻正充当我手提电脑的桌面背景。
最后的效果:
第一部分–背景
在photoshop中创建一个新的文档，大小为1920×
1200px。
选择渐变工具，画一个棕色的径向渐变（颜色值是由#5c3d09到#1f1409），因此你得到了一个像下图一样的效果。
注意渐变不是从正中间开始画的，而是靠画面的顶部开始画的。
我们想要文字顶部是火的效果，因此图像的顶部应该稍微更亮一些。
步骤2
我们将再一次用到在草的特效文字教程中的一个背景纹理。
但是这次并不是从头开始，而是直接复制草的特效文字教程中已做好的背景，混合所有的图层并且降低饱和度得到下图你所看到的效果。
如果你需要从头做起，首先你需要到Bittbox中得到最初的纹理图片，然后跟着先前的步骤做。
步骤3
现在我们把纹理放入背景中进行混合，设置混合模式为叠加。
步骤4
让我们运用纹理化滤镜来增加一些纹理。
我首先新建一个图层并用棕色（#66500f）来填充。
然后运用滤镜>
纹理>
纹理化，设置纹理画布下的缩放值为80%，凸显为4.
步骤5
设置此图层的混合模式为叠加，因为我们是在一个很大的画布上工作，所以增加一些好的额外细节会让它看上去更加的棒。
步骤6
接下来，我们将应用一个图层来稍微降低此图像下半部分的饱和度。
这样做的目的是为了让顶部火的位置看上去有一股很热的光，而底部看上去有点冷。
因此我创建一个新的图层，并用颜色（#4b4f3b）进行填充，然后增加一个图层蒙版，利用渐变隐藏图像的上半部分。
（现在你应该得到下图这样的效果）。
现在设置图层的混合模式为颜色，不透明度为45%。
第二部分–文字+光感=棒极了
好了，现在我们已经拥有一个漂亮的背景了!
现在让我们增加一些文字。
我用的字体是Trajan，因为这种字体运用在此处感觉非常棒。
我为字体添加一种颜色（#cb9328），然后设置图层的混合模式为线性减淡（添加），降低不透明度为8%。
我们将要运用红色的火焰给这个文字的上半部分增加一些效果，使它从背景中跳出来。
这个就意味着我们将要给文字增加一些效果和图层蒙版，目的是为了只显示文字的上半部分，而文字的下半部分仍旧和当前的若隐的效果一样。
步骤8
首先创建一个新的图层组，将所以的文字图层放入进去–因为这里文字将会很多。
然后复制文字图层，设置复制的文字的颜色值为#5e3f1c。
步骤9
现在设置最新的文字图层为叠加，不透明度为70%。
它看上去是一种很棒的微红色。
（像下图展示的一样）
步骤10
现在再一次复制文字图层，并设置最新的复制图层为微黄色（#cb9328）。
然后设置它为线性减淡（添加）和降低不透明度为30%。
接着我们增加一个图层蒙版，并绘制一个渐变，因此最新的文字图层若隐的感觉如下图所示，结合下面的两个文字图层，你能看到文字底部微微泛红的颜色。
步骤11
接下来我们再一次复制这个文字图层，这一步是为了给文字的底部增加一种好的感觉。
设置文字颜色为黑色（#000000），然后运行滤镜>
模糊>
高斯模糊，设置半径为4像素。
栅格化文字，选择>
修改>
扩展.
然后Ctrl+按住任意一个别的文字图层，并且返回到黑色图层，点击删除，因此只留下了一个很柔和的阴影。
接着复制这个图层并且合并产生一种很沉重的效果。
你做出来的应该跟下面的截图很像。
步骤12
按照下图所示，再一次利用图层蒙版快速制作出阴影渐隐的效果。
这样可以使文字看上去像浮出画面的效果。
步骤13
现在再一次复制黑色图层，运用涂抹工具，用一个相当大的软笔刷在阴影的周围涂抹，使它看上去像燃烧的痕迹。
步骤14
现在我们的文字效果看上去如下图。
我实际上建立了两处”燃烧”痕迹，这四个阴影图层每一个都比上一个要模糊一些。
步骤15
现在是时候为文字的顶部增加一些光感。
首先。
再一次复制文字图层。
设置它为黄色–#dc9a08.
然后运行滤镜>
高斯模糊，设置半径为8px，然后运用的一个大的软的橡皮擦来擦掉文字的底部的部分，因此来产生一种很好的不平衡感。
步骤16
设置第一个光感图层为柔光。
你应该在重复一遍此过程，是文字的顶部的光感更强。
步骤17
现在再一次复制文字图层放在最上面，再一次改变它的颜色为黄色（#dc9a08）.
然后运行图层>
栅格化>
文字，是文字变成一个图层。
然后Ctrl+按住此图层得到选区，选择>
收缩，设置收缩量为1px。
然后删除除了收缩1px的剩余部分。
步骤18
现在给1px的图层设置为叠加，现在你应该做到如下图所示的效果。
步骤19
现在给1px的图层增加图层蒙版，来使文字的底部产生渐隐的效果，如同我前面在别的图层中做的一样。
然后复制此图层，运行滤镜>
高斯模糊，设置半径为1px。
然后再一次复制此图层，模糊2px。
然后再一次复制此图层，模糊4px。
然后Ctrl+点击任何一个文字图层，按Ctrl+Shift+I进行反选，删除每一个光感图层因模糊而超出字体边界的部分
这一步的目的是想让火热的文字能有一种火热感逐渐向文字边缘增强的效果。
步骤20
现在我们复制这四个光感图层并将它们混合在一起。
这样产生的最后效果是文字的顶部是最初的亮黄色。
运用涂抹工具，穿过文字向上涂抹制作出一种像热浪的效果。
如下图所示。
步骤21
设置最新的图层为叠加。
你所制作出的效果看上去如下图所示。
步骤22
现在已经完成了文字的大部分效果。
我审查了一遍，并复制一些光感图层是文字看上去更加的有燃烧的感觉。
通过这样做了很多不同的实验才得到一个真正的火热燃烧的光感。
步骤23
下一步，按照过去的墙纸，我已经在文字的下面增加了我主要思想的文字。
这样可以为图像
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