数字图像处理指导书.doc

实验一 直方图统计一、实验目的 1、了解Code Composer Studio 2.2软件的操作环境和基本功能，了解TMS320C5xxx软件开发过程。 2、熟悉数字图像显示程序的运行过程、控制过程，掌握图像的处理、传输过程。 3、掌握直方图统计的算法原理和程序设计，了解各种图像的直方图统计的意义及其用途。 二、实验设备 PC 兼容机一台，ICETEK-5100实验箱，操作 系统为 Windows2000( 或 Windows98 ， WindowsXP ，以下默认为 WindowsXP)，安装 Code Composer Studio 2.21 软件。三、实验原理 1、直方图统计原理 灰度直方图是灰度值的函数，描述的是图像中具有该灰度值的像素的个数，其横坐标表示像素的灰度级别，纵坐标是该灰度出现的频率(像素个数与图像像素总数之比)。 直方图的作法如下：a) 将图像的灰度级归一化若图像的灰度级为：在灰度级中，代表黑，代表白。对于一幅给定的图像来说，每一个像素取得0，1区间内的灰度级是随机的，也就是说是一个随机变量。b)计算各灰度级的像素概率c)作图。四、实验内容用c语言编程实现对一幅灰度图像的像素的统计，并绘制直方图。五、预习要求理解直方图统计的原理，作出该算法的流程。六、实验报告内容1、叙述实验过程；总结调试程序时遇到的问题及解决方案。2、提交经调试正确的程序源代码及相关文档。 3、提交实验的原始图像和结果图像。七、思考题1、什么是直方图？它反映了图像的什么信息？2、直方图均衡化的主要用途是什么？实验二 边缘检测一、实验目的1、掌握在图像显示程序中增加图像处理算法的原理和过程。2、掌握边缘检测的算法和用途，学习利用 Sobel 算子进行边缘检测的程序设计方法。二、实验设备 PC 兼容机一台，ICETEK-5100实验箱，操作 系统为 Windows2000( 或 Windows98 ， WindowsXP ，以下默认为 WindowsXP)，安装 Code Composer Studio 2.21 软件。三、实验原理图像边缘是一种重要的视觉信息，图像边缘的提取在图像处理和机器视觉中占据着重要的地位。边缘检测最为基本和重要的是定义和分类边缘点，图像上的边缘点可能对应：空间曲面上的不连续点。这种边缘线刻画为两种不同曲面的交线，在这些边缘点处物体的法线方向不连续，即两侧灰度明显不连续。边缘由灰度或材料的不同产生。边缘是物体与背景的分界线，也是物体上表面法线的不连续处。边缘由阴影引起，两侧灰度值有较大差异。常见的边缘点有三种：阶梯状边缘：边缘两边像素的灰度值有明显的变化，即从一个灰度到比已高好多的另一个灰度;脉冲状边缘：灰度从一个级别跳到另一个灰度级别之后然后回来，主要对应细条型的灰度值突变区域;屋顶状边缘：边缘位十灰度值从增加到减少的变化的转折点，即灰度慢慢增加到一定程度然后慢慢减小，它的边缘上升沿和下降沿都比较缓慢。边缘检测技术是其他数字图像分析技术的基础，实现边缘检测有很多不同的方法，一般灰度图像的边缘点存在于图像灰度函数一阶导数局部最大值或二阶导数的局部过零点，因此传统的图像边缘检测方法大多归结为图像高频分量的增强过程，微分运算自然就成了边缘检测与提取的主要手段。f(x,y)在(x,y)的梯度 Gx和Gy 用近似值：得到Sobel算子。 四、实验内容用c语言编程实现边缘检测算子（Sobel），并应用该算子进行灰度图像的边缘检测。五、预习要求理解灰度图像的边缘检测原理，作出Sobel算子的流程图。六、实验报告内容1、叙述实验过程；总结调试程序时遇到的问题及解决方案。2、提交经调试正确的程序源代码及相关文档。 3、提交实验的原始图像和结果图像。七、思考题边缘检测算子分为一阶算子和二阶算子，Sobel算子属于哪一种？还有哪些算子？如果用Sobel算子检测彩色图像的边缘，应如何解决？实验三 灰度变换一、实验目的 1、掌握图像的求反的算法和用途。2 、掌握图像的线性灰度变换的算法。3、掌握图像的对数变换的算法。4 、掌握图像的灰度分层的算法。二、实验设备 PC 兼容机一台，ICETEK-5100实验箱，操作 系统为 Windows2000( 或 Windows98 ， WindowsXP ，以下默认为 WindowsXP)，安装 Code Composer Studio 2.21 软件。三、实验原理 1、图像求反 假设对灰度级范围是0，L-1的图像求反，就是通过变换将0，L-1变换到L-1，0，变换公式如下：此方法适用于增强嵌入于图像暗色区域的白色或灰色细节。 2、线性灰度变换 典型的分段线性变换数学表达式如下：用分段线性法，将需要的图像细节灰度级拉伸，增强对比度，不需要的细节灰度级压缩 3、 对数变换 要消除这种因动态范围太大而引起的失真，一种有效的方法是对原图像的动态范围进行压缩，最常用的是借助对数形式对动态范围进行调整，其数学表达式如下：例如，傅里叶谱的范围在0 R=0，1.6106 ，为了在一个8位的显示设备上进行显示，并充分利用显示设备的动态范围，则变换表达式中的C为：C=256/log(1+1.6*106)4、灰度分层 灰度分层的方法有两种。方法一：是对感兴趣的灰度级以较大的灰度值t2以显示而对另外的灰度级则以较小的灰度值t1来显示。 方法二：对感兴趣的灰度级以较大的灰度值进行显示而其他的灰度级则保持不变。 四、实验内容编程实现图像的灰度变换系统，并应用该系统处理灰度图像。五、预习要求理解灰度图像的灰度变换的各种算法，作出灰度变换系统的流程图。六、实验报告内容1、叙述实验过程；总结调试程序时遇到的问题及解决方案。2、提交经调试正确的程序源代码及相关文档。 3、提交实验的原始图像和结果图像。七、思考题如何修改灰度变换系统实现图像的编辑（如旋转、镜像等）和查看（如放大、缩小）？实验四 图像增强一、实验目的 1、掌握空间域和频率域 图像增强的基本原理和各种方法。 2、掌握直方图均衡化增强的原理。3、掌握拉普拉斯锐化运算增强的原理。二实验设备 PC 兼容机一台，ICETEK-5100实验箱，操作 系统为 Windows2000( 或 Windows98 ， WindowsXP ，以下默认为 WindowsXP)，安装 Code Composer Studio 2.21 软件。三、实验原理 1灰度直方图灰度直方图描述了图像中各种灰度(对于像素深度为 8 位的图像，共为 0-255 共 256 种取值)在整个图像中占有的比例。 利用直方图统计的结果，通过使图像的直方图均衡的方法称为直方图均衡化，可以达到增强图像的显示效果的作用。由于通过直方图统计，可以观察出，图像中各种亮度所占的比例大都 分布不均匀，设法增加在直方图统计中所占比例高的像素和其他占的比例少的像素之间的亮度 差的方法，可以提高图像的显示效果。简单来说，直方图增强的方法就是压缩直方图中比例少 的像素所占用的灰度范围，多出来的灰度空间按照统计比例分配给直方图中比例高的像素使 用。这种方法主要是针对人眼对灰度差别越大的图像更容易分辨的特点而做的增强。2、图像锐化消除图像模糊的增强方法称为图像锐化，目的是加强图像的目标边界和图像细节。拉普拉斯锐化法是常用的一种微分锐化方法。因为 所以二阶微分拉普拉斯算子 ：拉普拉斯算子是二阶偏导数的和，是一个标量，具有各向同性的性质，其离散计算形式定义如下： 四