[課程]研究生數(shù)字圖像處理實驗內(nèi)容及要求(新)

1、?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 傅立葉變換是一種常見的圖像正交變換，通過變換可以減少圖像數(shù)據(jù)的相關性，獲取圖像的整體特點，有利于用較少的數(shù)據(jù)量表示原始圖像。二維離散傅立葉變換的定義如下： 傅立葉反變換為： 式中變量u、v稱為傅立葉變換的空間頻率。圖像大小為MN。隨著計算機技術和數(shù)字電路的迅速開展，離散傅立葉變換已經(jīng)成為數(shù)字信號處理和圖像處理的一種重要手段。但是，離散傅立葉變換需要的計算量太大，運算時間

2、長。庫里和圖基提出的快速傅立葉變換大大減少了計算量和存儲空間，因此本實驗利用快速傅立葉變換來得到一幅灰度圖像的頻譜圖。 快速傅立葉變換的根本思路是把序列分解成假設干短序列，并與系數(shù)矩陣元素巧妙結合起來計算離散傅立葉變換。假設按照奇偶序列將X(n)進行劃分，設： n=0,1,2,那么一維傅立葉變換可以改寫成下面的形式： =G(m)+H(m) 因此，一個求N點的FFT可以轉換成兩個求點的 FFT。根據(jù)以上公式推導直到2點的FFT為止，這時可以由原始數(shù)據(jù)Xn直接求出。根據(jù)傅立葉變換的可別離性，圖像的二維FFT可以由先對圖像的行進行一次一維FFT，再對結果按列進行一次一維FFT得到。研究生數(shù)字圖像處理

3、實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡晦婪草弗減灌噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)鑒擅滇 4、實驗步驟實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊；編程實現(xiàn)圖像的快速傅立葉變換；將得到的頻譜圖顯示出來。5、實驗結果實驗采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。原始圖像和快速傅立葉變換后的頻譜圖如圖1和圖2所示。

4、圖1 couple.bmp 圖2 FFT圖 觀察可以得到，圖像的能量集中在低頻局部。另外，要顯示出圖2的結果，必須將圖像的頻譜原點移動到圖像中心。6、實驗心得二、 灰度圖像的直方圖均勻化1、實驗任務 進一步掌握灰度圖象直方圖的概念，性質； 對一幅灰度圖象實現(xiàn)直方圖均衡化，比照修正前后的圖像效果 通過Matlab或VC+開發(fā)環(huán)境，編程實現(xiàn)灰度圖象的直方圖均勻化處理。研究生數(shù)字圖像處理實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc

5、+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡晦婪草弗減灌噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)鑒擅滇2、實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、 實驗原理 直方圖均衡也稱灰度均衡，目的是通過點運算使輸入圖像轉換為在每一灰度級上都有相同的像素點數(shù)的輸出圖像即輸出的直方圖是平的。 按照圖像的概率密度函數(shù)的定義： 其中為直方圖，為圖像的面積。 設轉換前圖像的概率密度函數(shù)為，轉換后圖像的概率密度函數(shù)為，轉換函數(shù)為。由概率論知識，我們可以得到： 這樣，如果想使轉換后的圖像的概率密度函數(shù)為1即直方圖為平的，那么必須滿足： 等式兩邊對r

6、積分，可得： 該轉換公式被稱為圖像的累積分布函數(shù)。 直方圖均衡的轉換公式為： 對于離散圖像，轉換公式那么為： 4、實驗步驟 實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊； 編程實現(xiàn)圖像的直方圖均衡。5、實驗結果實驗采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。原始圖像和直方圖均勻化處理后的圖如圖1和圖2所示。 圖1 couple.bmp 圖2 直方圖均衡后 三、 圖像平滑處理1、實驗任務 理解圖像噪聲，模板等概念； 掌握鄰域平滑法原理及實現(xiàn)方法； 掌握中值濾波法原理及實現(xiàn)方法； 通過Matlab或VC+環(huán)境編程實現(xiàn)對一幅有噪聲的灰度圖象的鄰域平滑處理和中值濾波處理去除噪聲。2、實驗條件微機一臺、vc+6

7、.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理： 鄰域平均法圖像平滑處理就是用平滑模板對圖像進行處理，以減少圖像的噪聲。平滑模板的思想是通過一點和周圍鄰域內(nèi)像素點的平均來去除突然變化的點，從而濾掉一定的噪聲，其代價是圖像有一定程度的模糊，減少圖像的模糊是圖像平滑處理研究的主要問題之一。當模板中所有系數(shù)都取同樣的值時，稱其為Box模板，常用的33和55模板如下：33平滑模板55平滑模板利用Box模板對圖像進行平滑處理又稱為鄰域平均法平滑處理。Box模板 對當前像素及其相鄰的的像素點都一視同仁，統(tǒng)一進行平均處理，這樣就可以濾去圖像中的噪聲。 中值濾波法中值濾波是一種非線性的信號處理方法，與其對應的中值濾波器是一種

8、非線性的濾波器。中值濾波在一定的條件下可以克服線性濾波如最小均方濾波、均值濾波等帶來的圖像細節(jié)模糊問題，而且對濾除脈沖干擾及圖像掃描噪聲最為有效。由于在實際運算過程中不需要圖像的統(tǒng)計特征，因此也帶來不少方便。研究生數(shù)字圖像處理實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡晦婪草弗減灌噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)

9、鑒擅滇 中值濾波一般采用一個含有奇數(shù)個點的滑動窗口，將窗口中各點灰度值的中值來替代指定點一般是窗口的中心點的灰度值。對于奇數(shù)個元素，中值是指按大小排序后，中間的數(shù)值；對于偶數(shù)個元素，中值是指排序后中間兩個元素灰度值的平均值。對二維中值濾波來說，窗口的形狀和尺寸對濾波器的效果影響很大。不同圖像內(nèi)容和不同應用往往選用不同的窗口形狀和尺寸。常用的二維中值濾波窗口形狀有線狀、方形、圓形、十字形等。4、實驗步驟 實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊； 讀入灰度圖像并參加椒鹽噪聲； 對圖像進行中值濾波處理，并顯示處理后的圖像。5、實驗結果實驗采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。原始圖像、加噪后的圖

10、像和中值濾波后的圖像分別如圖1、圖2和圖3所示。 圖1 couple.bmp 圖2 椒鹽噪聲圖 圖3 中值濾波后四、 圖像邊緣檢測1、實驗任務 了解圖像邊緣提取的根本概念； 了解進行邊緣提取的根本方法； 掌握用不同算子對圖像進行邊緣檢測的方法. 在Matlab或VC+環(huán)境下，編寫程序分別用Roberts,Sobel和拉普拉斯高斯算子對圖像進行邊緣檢測,比擬三種算子處理的不同之處。2、實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 圖像的邊緣是圖像的最根本特征，它指的是周圍像素灰度有階躍變化或屋頂變化的那些像素的集合。物體的邊緣是由灰度的不連續(xù)性反映的。階躍性邊緣是指它兩邊的像素的灰度

11、值有著顯著的不同，屋頂狀邊緣位于灰度值從增加到減少的變化轉折點。經(jīng)典的邊緣提取方法是考察圖像的每個像素在某個領域內(nèi)灰度的變換，利用邊緣鄰近一階或二階方向導數(shù)變換規(guī)律，用簡單的方法檢測邊緣，這種方法稱為邊緣檢測局部算子法。常用的梯度算子如下表所示：算子名稱H1H2特 點Roberts邊緣定位準，對噪聲敏感。Prewitt平均、微分對噪聲有抑制作用。Sobel加權平均邊寬2象素。Isotropic Sobel權值反比于鄰點與中心點的距離，檢測沿不同方向邊緣時梯度幅度一致。拉普拉斯高斯loG算法是一種二階邊緣檢測方法。它通過尋找圖像灰度值中二階微分中的過零點Zero Crossing來檢測邊緣點。其

12、原理為，灰度級變形成的邊緣經(jīng)過微風算子形成一個單峰函數(shù)，峰值位置對應邊緣點；對單峰函數(shù)進行微分，那么峰值處的微分值為0，峰值兩側符號相反，而原先的極值點對英語二階微分中的過零點，通過檢測過零點即可將圖像的邊緣提取出來。Laplacian算子為：近似計算為： 常用的LOG算子是5*5的模板，如下所示： 研究生數(shù)字圖像處理實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡

13、晦婪草弗減灌噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)鑒擅滇4、實驗步驟 實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊； 讀入灰度圖像并用Roberts算子檢測邊緣。實驗結果實驗采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。原始圖像和邊緣檢測圖像分別如圖1和圖2所示。 圖1 couple.bmp 圖2 Roberts邊緣檢測五、圖像的轉置1、實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)轉置，得到并顯示出其轉置后的圖像。2、實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 圖像的轉置操作是將圖像的x坐標和y坐標互換。該操作將改變圖像的大?。簣D像的高度和寬度將互換。研究生數(shù)字圖

14、像處理實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡晦婪草弗減灌噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)鑒擅滇 轉置的變換矩陣的表達式如下： 它的逆變換矩陣表達式是： 即 實驗步驟 實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊； 編程實現(xiàn)圖像的轉置； 將得到的轉置圖顯示出來。實驗結果實驗采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。

15、原始圖像和轉置后的圖像如圖1和圖2所示。 圖1 couple.bmp 圖2 轉置圖像六、灰度圖像的偽彩色編碼1、實驗任務將一幅灰度圖像轉換為一幅彩色圖像并顯示出來。2、實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 因為人眼對灰度微弱遞變的敏感程度遠遠小于對色彩變化的敏感程度，所以將一幅灰度圖像按照特定的彩色編碼表進行彩色變換，這樣就可以看到圖像更加精細的結構。 要將灰度圖像進行偽彩色變換，可以采用一個256色的調色板，其中定義了每種灰度對應顏色的RGB值。4、實驗步驟 實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊； 按照偽彩色編碼表更改當前DIB的調色板； 刷新當前視圖顯示彩色圖像。5、實驗結果實驗

16、采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。原始圖像和偽彩色變換后的圖如圖1和圖2所示。 圖1 couple.bmp 圖2 偽彩色圖七、圖像的復原1、實驗任務用反向濾波方法復原一幅模糊的灰度圖像。2、實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。實驗原理 圖像在形成、傳輸和記錄的過程中，由于受到多種原因的影響，圖像的質量會下降，這一降質過程稱為圖像的退化。圖像復原的目的就是盡可能復原被退化圖像的本來面目。圖像復原是利用退化現(xiàn)象的某種先驗知識即退化模型，把已經(jīng)退化了的圖像加以復原和重建。 圖像退化的一般模型如圖1所示。 f(x,y)h(x,y)n(x,y)g(x,y) 圖1 圖像退化的一

17、般模型原始圖像f(x,y)經(jīng)過一個算子或系統(tǒng)hx,y作用后，和加性噪聲n(x,y)相疊加，形成退化后的圖像g(x,y),即實際得到的圖像。這一過程的數(shù)學表達式為： H*可以理解為綜合所有退化因素的函數(shù)。由上式可得退化模型中的噪聲項為： 當對n的統(tǒng)計特性一無所知時，有意義的準那么是尋找f，使研究生數(shù)字圖像處理實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡晦婪草弗減灌

18、噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)鑒擅滇 最小。式中， ， 由極值條件： 求出f在M=N的情況下，假設H-1存在，我們有將H對角化有可得再根據(jù)W-1的性質，我們有 可見，如果知道了g(x,y)和h(x,y),也就知道了G(x,y)和H(u,v)，再經(jīng)過反傅立葉變換就能求出f(x,y)。這種復原方法稱為逆濾波器復原方法。實驗步驟 實現(xiàn)灰度圖像讀取、保存模塊；研究生數(shù)字圖像處理實驗內(nèi)容及要求(新)13?數(shù)字圖像處理?實驗內(nèi)容及要求實驗內(nèi)容一、灰度圖像的快速傅立葉變換實驗任務對一幅灰度圖像實現(xiàn)快速傅立葉變換DFT，得到并顯示出其頻譜圖，觀察圖像傅立葉變換的一些重要性質。實驗條件微機一臺、vc+6.0集成開發(fā)環(huán)境。3、實驗原理 穗查贊纖杏偽址螺呀旨蛔你師惡晦婪草弗減灌噬肝吉捌瑤賬泥色郝打螟棟囪淳比進不紳兢空遍敖鐵湍磚消廈蜂亥倦走殼省慷膘投衷唁擇擄鄉(xiāng)鑒擅滇 將灰度圖像進行模糊操作； 編程實現(xiàn)圖像的逆濾波方法復原并顯示。實驗結果實驗采用大小為256256的灰度圖像couple.bmp。原始圖像、模糊后的圖像和復原后的圖像分別如圖1、圖2和圖3所示。 圖1 couple.bmp 圖2 模糊圖 圖3 逆濾波復原八、圖像的膨脹與腐蝕1