基础强化训练.doc

武汉理工大学基础强化训练报告基础强化训练报告题 目：二维灰度图象的统计分析及DCT变换处理 专业班级： 通信0805 学生姓名： 龚 宇 指导教师： 朱健春 武汉理工大学信息工程学院 2010 年 7 月 17日基础强化训练任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 二维灰度图象的统计分析及DCT变换处理 基础强化训练目的 较全面了解常用的数据分析与处理原理及方法； 能够运用相关软件进行模拟分析； 掌握基本的文献检索和文献阅读的方法； 提高正确地撰写论文的基本能力。训练内容和要求 采集一幅像素大于64*64黑白图像； 常规的数学统计数据处理：计算图象各象素点灰度值得均值、标准差、方差，并绘出灰度直方图； 采用DCT（离散余弦变换）对图像进行分析初始条件 MATLAB软件 数字信号处理与图像处理基础知识时间安排：第18周周一：安排任务1920周：仿真设计（鉴主13楼计算机实验室）第20周周六：完成（答辩，提交报告，演示） 指导教师签名： 2010年 月 日系主任（或责任教师）签名： 2010年 月 日目 录摘要1Abstract21 数据采集31.1图像的选取31.2 MATLAB编辑41.2.1 编辑M文件41.2.2 图像的读取与显示42 数据统计处理62.1 均值计算62.1.1 原理介绍62.1.2 仿真结果72.2 标准差计算72.3 方差计算82.4 灰度直方图93 离散余弦变换113.1 原理分析113.2 仿真结果124 参考文献145 心得体会14武汉理工大学基础强化训练报告摘要MATLAB是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。作为强大的科学计算平台，它几乎能够满足所有的计算需求。MATLAB 本身就是功能强大的数据可视化工具，可以通过各种形式显示分析数据，例如灰度直方图、等高线、蒙太奇混合、像素分析、图层变换以及材质贴图等。利用可视化的图形，不仅能够评估图形图像的特性，还能够分析图像中的色彩分布等情况。本次练习介绍的就是Matlab环境下的一些最基本的图像处理操作，如读图像、写图像、查看图像信息和格式、尺寸和灰度的伸缩等等；通过实验掌握图像直方图的描绘方法，加深直方图形状与图像特征间关系间的理解；加深对直方图均衡算法的理解。AbstractMATLAB is a scientific computing language that adds the function of numerical computing and graphics processing, symbols together. As a powerful scientific computing platforms, it can almost satisfy all the calculations that needs. MATLAB itself is a powerful tool of data visualization that can display data through various forms, such as graylevel histogram, contours, montage mixing, pixel analysis, the layer texture and transformation. With visual graphics, it can not only evaluate image characteristics, but also analyze the distribution of color image.The purpose of the practice of introducing Matlab environment is the most basic of some image processing operations, such as read, write, image information and image format, size and gray telescopic; etc. Through the experiment mastery of image histograms depicts method, deepen the histogram image feature and the relationship between the shape of understanding,and to deepen the understanding of histogram equalization algorithm.1 数据采集Matlab软件的图像采集工具箱提供了大量的函数用于采集图像和视频信号，该工具箱支持的硬件设备包括工业标准的PC图像采集卡和相应的设备。所支持的硬件包括：Matrox和Data Translation公司提供的视频采集设备，同时还支持Windows平台下支持USB或者火线(IEEE-1394)的视频摄像头等设备。MATLAB可以支持很多很多图片的文件格式，例如cur、bmp、hdf、ico、jpg、tif、gif、pcx等。用于读写图像数据的函数有imread（从图像格式的文件中读取数据）和imwrite（将数据写入图像格式的文件）。这里我用到的是imread,主要是用到图像文件的读取。1.1图像的选取本次研究对象为图片linxiaoxiang.jpg如下所示 图1.1 原始图片1.2 MATLAB编辑1.2.1 编辑M文件打开Matlab软件，在File下选择NewM-File。1.2.2 图像的读取与显示imread函数用于读入各种图象文件，其一般的用法为： X，MAP=imread(filename,fmt)；亦可直接写为imread()；其中，X，MAP分别为读出的图象数据和颜色表数据，fmt为图象的格式，filename为读取的图象文件（可以加上文件的路径）。例如本次练习中： i = imread（C：UsersgongyuDesktop短期文件linxiaoxiang.jpg）;利用函数imread函数实现图像文件的读取，然后运用imshow函数显示图像。如果采集图像为彩色图像，可以先将彩色图像转换为灰度图像，再进行计算分析。操作如下图1.1，将存在C:UsersgongyuDesktop短期文件里的图片“linxiaoxiang.jpg”写入MATLAB中。需要先打开运行MATLAB，然后在File里面新建M-File文件，再将读写图片数据的程序输进去即可。图1.1 图像的转换及显示检查程序无误之后，就可以直接在command window窗口运行。如果运行之后在MATLAB主页面里显示有错误的话就需要重新回到M-File的页面里面对程序进行修改然后才可以运行；如果运行之后在MATLAB主页面里面没有错误显示就可以看到图1.2。 图1.2 原图与灰白图2 数据统计处理2.1 均值计算2.1.1 原理介绍均值计算的原理较简单，在MATLAB的函数库中表示均值的函数是mean2，其格式是mean2（），括号里面就是待处理分析的信号。 图2.1均值计算的程序上面的程序同样也是在新建的M-File文件里面编写运行的，检查程序没有错误之后，就在command window窗口直接运行。2.1.2 仿真结果运行以上的程序以后，如果程序有错误的话，会在MATLAB的主页面里显示出来；如果没有错误也可以在MATLAB的主页面查看显示的结果。上图程序运行的结果如下图2.2所示。 图2.2均值的结果显示2.2 标准差计算在MATLAB的函数库中表示标准差的函数为std2，其格式是std2（），括号里面就是待处理分析的信号。由于标准差反映的是偏离灰度均值的程度，如果标准差越大，则说明灰度级越大，则图像包含的信息就越多。 图2.3标准差计算的程序 图2.4标准差的结果显示2.3 方差计算这里对图像的方差进行计算如图2.5所示，在求标准差的基础上，方差是标准差的平方。 图2.5方差的计算程序 图2.6 方差的结果显示2.4 灰度直方图直方图是一个显示灰度或索引图像亮度分布情况的图表，它是图像分析中用来说明图像灰度分布的图形。直方图的每一个分支表示对应灰度级出现的频数（处于该灰度级的像素的数目）间的统计关系，用横坐标表示灰度级，纵坐标表示频数（或相对频数=频数/总像素数目）。这里对图像的直方图的绘制用的函数是imhist，下面为具体绘制图像直方图的程序，如图 图2.7直方图绘制的程序 图2.8 直方图的显示3 离散余弦变换3.1 原理分析随着多媒体和互联网的发展，不仅要求大量存储和传输图像，而且往往要求在保证质量的前提下以较小的空间存储图像和以较少的比特率传输图像。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。目前常用的图像文件格式有十几种，其中基于DCT变换的JPEG格式由于占用空间小，图像质量高，而为用户广泛采用，DCT变换是最小均方误差条件下得出的次最佳正交变换。和相同图像质量的其他常用文件格式（如GIF、TIFF、PCX）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。离散余弦变换可以直接使用Matlab提供的dct2和idct2函数来进行。由于大多数图像的高频分量较小，相应于图像高频分量的系数经常为零，加上人眼对高频成分的失真不太敏感，所以可以把其中的高频分量系数置零，然后观察重构的图像会发生什么变化。二维离散余弦变换的定义如下：其中F（u,v）称为矩阵A的DCT系数。在MATLAB中矩阵的下标从1开始而不是从0开始。 二维离散余弦反变换的定义如下： 3.2 仿真结果图3.1 仿真程序检查无误后，运行以上的程序，观察程序运行结果。程序运行的结果如下图示： 图3.2结果显示4 参考文献1 王华等. MATLAB电子仿真与应用教程. 国防工业出版社. 2001.2 李文锋. 图形图像处理与应用.中国标准出版社. 2006.3 王洪元. MATLAB语言以及在电子信息工程中的应用. 清华大学出版社.20044 刘文耀. 数字图像采集与处理. 电子工业出版社. 2007.5 贺兴华. MATLAB7.X图像处理. 人民邮电出版社 .2006.5 章毓晋. 图像工程(上册) . 北京 清华大学出版社.1 999.5 心得体会 通过这次MATLAB的课程设计，经过艰苦的学习操作，对MATLAB软件及其功能有了更深一层的认识，较好地达到了强化训练的目的。MATLAB拥有数百个内部函数，使用户在使用时较为简单便捷，不用自己定义相关常用函数。但由于平时使用不多，对一些常用函数的用法只是一知半解。在编程方面，由于C语言学的不够扎实，因此在编写的时候忽略了一些细节，导致最后得不到相应结果。