圖像幾何變換

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題目： 圖像的幾何變換的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 學(xué)院（系）： 年級(jí)專業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：自動(dòng)化儀表系 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）08儀表1班設(shè)計(jì)題目圖像的幾何變換的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)理解圖像幾何變換的原理。實(shí)現(xiàn)圖像的平移、縮放，和旋轉(zhuǎn)、倒置，鏡像等幾何變換。并能實(shí)現(xiàn)圖像圍繞任一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)要求幾何變換包括圖像的平移、縮放，和旋轉(zhuǎn)、倒置，鏡像等，是

2、數(shù)字圖像識(shí)別處理的預(yù)處理，總結(jié)并實(shí)現(xiàn)圖像的幾何變換，最好做成函數(shù)形式，通過(guò)函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)相應(yīng)變換。設(shè)計(jì)中應(yīng)具有自己的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)體會(huì)。工作量5天（6月20日到6月25日）工作計(jì)劃6月20日：查找資料，學(xué)習(xí)Matlab的使用6月21日、22日：按照設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)程序6月23日、24日:調(diào)試 運(yùn)行程序6月25日：完成答辯參考資料1、數(shù)字圖像處理學(xué) 電子工業(yè)出版社 賈永紅 20032、數(shù)字圖像處理（Matlab版） 電子工業(yè)出版社 岡薩雷斯 20063、其他數(shù)字圖像處理和matlab編程方面的書(shū)籍及相關(guān)學(xué)習(xí)資料指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說(shuō)明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份

3、。年 月 日 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 2011年 6月 25 日答辯小組評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 評(píng)閱人： 2011年 6月 25 日課程設(shè)計(jì)總成績(jī)：答辯小組成員簽字： 趙彥濤、程淑紅、林洪斌2011年 6月 25 日目錄第一章 摘要 1第二章 基本原理 2 21 MATLAB的介紹 2 22圖像平移的基本理論2 23圖像放縮的基本理論2 24圖像旋轉(zhuǎn)的基本理論4 25圖像鏡像的基本理論7第三章 程序設(shè)計(jì) 831實(shí)現(xiàn)圖像的平移 8 32實(shí)現(xiàn)圖像的放縮 9 33實(shí)現(xiàn)圖像的旋轉(zhuǎn) 11 34實(shí)現(xiàn)圖像的鏡像 12第四章 學(xué)習(xí)心得 15參考文獻(xiàn) 16 第一章 摘要數(shù)字圖像處理(

4、Digital Image Processing)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行系列操作，從而達(dá)到某種預(yù)期目的的技術(shù)。數(shù)字圖像處理離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，因此又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理。圖像幾何變換是計(jì)算機(jī)圖像處理領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分，也是值得深討的一個(gè)重要課題。在圖像幾何變換中主要包括圖像的放縮、圖像的旋轉(zhuǎn)、圖像的移動(dòng)、圖像的鏡像、圖像的塊操作等內(nèi)容，幾何變換不改變圖像的像素值，只改變像素所在的幾何位置。從廣義上說(shuō)，圖像是自然界景物的客觀反映，是人類認(rèn)識(shí)世界和人類本身的重要源泉。圖像對(duì)我們并不陌生。我們生活在一個(gè)信息時(shí)代，科學(xué)研究和統(tǒng)計(jì)表明，人類從外界獲得的信息約有75%來(lái)自視覺(jué)系統(tǒng)，也就是從圖像中獲得的。所以

5、對(duì)數(shù)字圖像的處理便顯得尤為重要了。我們?cè)谔幚韴D像時(shí)往往會(huì)遇到要對(duì)圖像進(jìn)行幾何變換的一些問(wèn)題。圖像幾何變換是我們學(xué)習(xí)和討論的一個(gè)重要課題。在圖像幾何變換中主要包括圖像的縮放、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、減取等內(nèi)容。其中使用最頻繁的是圖像的縮放和旋轉(zhuǎn)，不論照片、圖畫(huà)、書(shū)報(bào)還是醫(yī)學(xué)X光和衛(wèi)星遙感圖像都會(huì)用到這兩項(xiàng)技術(shù)。本文主要深討了圖像的幾何變換（主要包括圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像等）理論，并在此基礎(chǔ)上用MATLAB實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。MATLAB語(yǔ)法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且具有極強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算、圖形文字處理、數(shù)據(jù)分析、圖形繪制及圖像處理等功能，在本文中我用MATLAB實(shí)現(xiàn)了圖像的平移、放縮、旋轉(zhuǎn)和鏡像。關(guān)鍵字：圖像處理；幾何變換；

6、MATLAB；函數(shù)調(diào)用第二章 基本原理21 MATLAB的介紹MATLAB是美國(guó)Mathworks公司開(kāi)發(fā)的新一代科學(xué)計(jì)算軟件：MATLAB是英文MATtrix LABoratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫(xiě)；MATLAB是一個(gè)專門(mén)為科學(xué)計(jì)算而設(shè)計(jì)的可視化計(jì)算器。利用這個(gè)計(jì)算器中的簡(jiǎn)單命令，能快速完成其他高級(jí)語(yǔ)言只有通過(guò)復(fù)雜方案才能實(shí)現(xiàn)的數(shù)值計(jì)算和圖形顯示。MATLAB是一種既可交互使用又能解釋執(zhí)行的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。所謂交互使用，是指用戶輸入一條語(yǔ)句后立即就能得到該語(yǔ)句的計(jì)算結(jié)果，而無(wú)需像C語(yǔ)言那樣首先編寫(xiě)源程序，然后對(duì)之進(jìn)行編譯，連接，才能最終形成可執(zhí)行文件。MATLAB語(yǔ)言可以用直觀的數(shù)學(xué)表達(dá)式

7、來(lái)描述問(wèn)題，從而避開(kāi)繁瑣的底層編程，因此可大大提高工作效率。MATLAB是解決工程技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)平臺(tái)。利用它能夠輕松完成復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，數(shù)據(jù)分析，符號(hào)計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化等任務(wù)。MATLAB軟件由主包和各類工具箱構(gòu)成。其中，主包基本是一個(gè)用C/C+等語(yǔ)言編寫(xiě)成的函數(shù)庫(kù)。該函數(shù)庫(kù)提供矩陣（或數(shù)組）的各種算法以及建立在此基礎(chǔ)上的各種應(yīng)用函數(shù)和一些相關(guān)的用戶有好操作界面。而工具箱從深度和廣度上大大擴(kuò)展了MATLAB主包的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。隨著自身的不斷完善和發(fā)展，MATLAB功能越來(lái)越強(qiáng)大，而且應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣。22圖像平移的基本理論圖像平移是將一幅圖像中所有的點(diǎn)都按照指定的平移量在水平、垂直方向移動(dòng)

8、，平移后的圖像與原圖像相同。平移后的圖像上的每一點(diǎn)都可以在原圖像中找到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。Dx2 , Dy y=-1利用齊次坐標(biāo)，變換前后圖像上的點(diǎn)P0(x0, y0)和P(x, y)之間的關(guān)系可以用如下的矩陣變換表示為： 23圖像縮放的基本理論圖像比例縮放是指將給定的圖像在x軸方向按比例縮放fx倍，在y軸方向上按比例縮放fy倍，從而獲得一幅新的圖像。比例縮放前后兩點(diǎn)P0(x0, y0)、P(x, y)之間的關(guān)系用矩陣形式可以表示為： x=fx x0y=fy y0MATLAB 圖像處理工具箱中的函數(shù)im resiz e 可以對(duì)圖像進(jìn)行插值縮放, 如果不指定插值方法, 則默認(rèn)使用最近鄰插值法。im res

9、iz e 函數(shù)的語(yǔ)法格式為:B = im resiz e (A ,m ,m ethod )這里參數(shù)m ethod 用于指定插值的方法, 可選的值為nea rest (最近鄰法) , bilinea r (雙線形插值) 及bicubic(雙三次插值) , 默認(rèn)值為nea rest。B = im resiz e (A ,m ,m ethod ) 返回原圖A 的m 倍放大圖像(m 小于1 時(shí)效果是縮小)。圖像的縮放操作將會(huì)改變圖像的大小，產(chǎn)生的圖像中的像素可能在原圖中找不到相應(yīng)的像素點(diǎn)，這樣就必須進(jìn)行近似處理。一般的方法是直接賦值為和它最相近的像素值，也可以通過(guò)一些插值算法來(lái)計(jì)算。下面的代碼直接采用

10、了前一種做法。24圖像旋轉(zhuǎn)的基本理論圖像的旋轉(zhuǎn)實(shí)際上是坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)，下圖給出了圖像轉(zhuǎn)的原理示意圖。旋轉(zhuǎn)是指將圖像中所有的像素（基準(zhǔn)點(diǎn)除外）按給定角度在XY平面內(nèi)順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜓貓A弧路徑進(jìn)行變換的過(guò)程。當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)為原點(diǎn)時(shí)，原始點(diǎn)(x0, y0)和變換后對(duì)應(yīng)點(diǎn)(x, y)的角度和坐標(biāo)關(guān)系如下圖所示。x=rCos( -a )=rCos Cos a +rSin Sin a =x0Cos a +y0Sin ay=rSin( a )=rSin Cos a rCos Sin a =-x0Sin a +y0Cos ayOxP0（x0,y0）P (x,y)r旋轉(zhuǎn)前：x0=rCos y0=rSin旋轉(zhuǎn)后： 圖像

11、的旋轉(zhuǎn)變換也可以用矩陣變換表示。上式寫(xiě)成矩陣表達(dá)式為： 上述旋轉(zhuǎn)是以坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0）為基點(diǎn)進(jìn)行的，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往是一圖像中心為基點(diǎn)對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。具體操作是：先將坐標(biāo)系平移到圖像中心，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后平移回原始坐標(biāo)原點(diǎn)。在對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的時(shí)候, 各象素的坐標(biāo)將會(huì)發(fā)生變化, 使得旋轉(zhuǎn)之后不能正好落在整數(shù)坐標(biāo)處,因此，需要進(jìn)行插值。一般來(lái)說(shuō), 旋轉(zhuǎn)后的圖像會(huì)比原圖大, 超出原圖像的部分值為0。在二維變換中，點(diǎn)P0旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)P1，可以通過(guò)矩陣變化計(jì)算得出。由于有浮點(diǎn)計(jì)算帶來(lái)的誤差，P1點(diǎn)在某些時(shí)候會(huì)落在預(yù)期坐標(biāo)的附近，而帶來(lái)圖形部分輕微的失真。在工具箱中的函數(shù)im rota te 可用來(lái)對(duì)

12、圖像進(jìn)行插值旋轉(zhuǎn), 默認(rèn)的插值方法也是最近鄰插值法。Im rota te 的語(yǔ)法格式為:B = im rota te (A , ang le,m ethod )函數(shù)im rota te 對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn), 參數(shù)m ethod 用于指定插值的方法, 可選的值為nea rest (最近鄰法) ,bilinea r (雙線形沖值) 及bicubic (雙三次插值) , 默認(rèn)值為nea rest。im rota te 函數(shù)可把源圖像以其幾何中心為軸旋轉(zhuǎn)任意A角后顯示, 并得到相應(yīng)矩陣。旋轉(zhuǎn)后的圖像相當(dāng)于用一矩形把旋轉(zhuǎn)后的圖像內(nèi)接起來(lái), 四個(gè)角填充以黑色。25圖像鏡像的基本理論兩個(gè)入口參數(shù)：原圖像，鏡像方

13、式初始化獲取原圖像行列數(shù)M、N掃描新圖像，計(jì)算對(duì)應(yīng)原圖像坐標(biāo)判斷鏡像方式x0=x; y0=M-y+1x0=N-x+1; y0=M-y+1x0=N-x+1;y0=y結(jié)束垂直鏡像水平鏡像水平垂直鏡像圖像鏡像算法流程圖對(duì)新圖像進(jìn)行賦值第三章 程序設(shè)計(jì)31圖像的平移311平移的程序1、用程序?qū)崿F(xiàn)圖像的平移i=imread(Sailboat256G.bmp);imshow(i);m0 n0=size(i);%處理后圖像初始化for y=1:n0; for x=1:m0; x0=x-0; y0=y-40; if x0=1&x0=1&y0=1&x0=1&y0=1&y0=1&x0=1&x0=1&y0=n0;I

14、(x0,y0)=i(x,y);end endendimshow(I,);342鏡像的圖像第四章 學(xué)習(xí)心得轉(zhuǎn)眼間，為期一周的課設(shè)就這樣結(jié)束了。在這一周的時(shí)間里，我過(guò)得非常充實(shí)，也很受益匪淺，看到自己完成了任務(wù)心里很開(kāi)心，對(duì)原來(lái)學(xué)會(huì)、過(guò)的數(shù)字圖像處理這門(mén)課程有了更深一步的認(rèn)識(shí)。我明白了學(xué)習(xí)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用是兩個(gè)不同的層面，光懂得理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)步夠的。在這幾天里，我們小組通過(guò)查閱各種書(shū)籍、資料，與一起討論研究，得到了我們所要的結(jié)果，讓我更體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)一起學(xué)習(xí)的高效性和重要性。同時(shí)也讓我對(duì)數(shù)字圖像處理有了更高一層次的認(rèn)識(shí)。并且在老師的幫助下，我學(xué)會(huì)了使用Matble編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的幾何變換，包括了基礎(chǔ)知識(shí)的積累、理論的成型、MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)和程序的使用、理論過(guò)程的MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)，和期間程序的不斷編寫(xiě)和調(diào)試，可以說(shuō)讓我對(duì)于MATLAB的數(shù)字圖像處理整個(gè)過(guò)程都有了一個(gè)很完整和客觀的認(rèn)識(shí)，并在參與其中的程序編寫(xiě)和實(shí)現(xiàn)中積累了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到了自己很多的不足，對(duì)學(xué)