图像实验指导书范文.doc

图像实验指导书范文 实验教学指导书一:实验目的与任务1.2.3.理解图像处理的基本原理和方法,利用电子计算机技术对图像进行处理;设计滤波器对图像进行滤波处理;理解图像处理分析的基本原理和方法,利用电子计算机技术对图像进行处理分析;二:实验教学的基本要求1.理解实验内容,实验目的,做到有针对性的做实验;2.按照实验指导书的实验步骤完成实验要求,得出预期效果;3.对实验结果进行分析;三:实验内容与学时分配序号实验项目时数实验性质要求验证设计综合演示必做选做1数字图像运算基础2利用电子计算机绘制直方图绘制、均衡化;图像点运算增强;图像点运算增强;数字图像的傅立叶变换,照例设计三种不同类型滤波器对图像进行变换,滤波;利用计算机对图进行几何失真纠正,提取图像边缘,区域等特征进行图像分析出另外的题目，要求学生独立完成2数字图像变换基础23数字图像分析设计44考试2四:考核方法及成绩评定考核方法为上机操作,成绩评定如下:平时成绩占50%，考核占50%；平时成绩从学生的预习报告,上机操作能力以及创新这三个方面进行考核.预习报告占30%,上机操作占60%,创新占10%.实验教学讲义 (一)基本内容:?熟悉MatLib软件中图像输入/输出/显示/转换的基本命令;数字图像灰度增强点运算,包括灰度对比度增强和直方图均衡,要求熟练运用MatLib软件中相关的命令,并编制直方图均衡的程序;?数字图像灰度增强领域运算,要求熟练运用MatLib软件中相关的命令进行空域滤波,并编制程序进行给定图像的锐化,平滑和中值滤波;1.数字图像基础.?数字图像读入与输出:?InImg=imread(图像文件):读入指定的图像文件到内存InImg:矩阵变量，保存读入的数字图像；图像文件全路径的图像文件名（格式为*.bmp或*.jpg）;例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)imwrite(OutImg,图像文件):输出内存中图像数据到文件OutImg:矩阵变量，保存的数字图像；图像文件全路径的图像文件名（格式为*.bmp或*.jpg）;例如ImWrite(OutImg,d:DirNamedemoImg_outPut.bmp)将OutImg中的矩阵数据作为图像文件保存；whos ImgData:屏幕输出图像的相关信息ImgData:矩阵变量，保存在内存中的数字图像?数字图像显示:imshow(ImgData):将图像文件显示到屏幕ImgData:矩阵变量，保存待显示的数字图像；例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)Imshow(InImg)（显示读入的图像文件）subPlot(行数，列数，区域索引);imshow(ImgData):将图像文件显示到指定的屏幕区域ImgData:矩阵变量，保存待显示的数字图像；行数，列数屏幕划分区域数（行数x列数）;区域索引:第n块区域（1nlevel为1；1,越亮输出值越减弱;gamma=1,线性变换;例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp):灰度增强I=rgb2gray(InImg)J=imadjust(I,0.10.8,01,0.5)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示增强前灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J):显示增强后灰度图像于屏幕第二块区例如J=imadjust(I,01,10,1):灰度倒置subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示增强前灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J):显示增强后灰度图像于屏幕第二块区imhist(I):计算灰度图像直方图;J=histeq(I):图像直方图均衡化.I:灰度图像;J:直方图均衡化后灰度图像;例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)J=histeq(I)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示直方图均衡化前灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J):显示直方图均衡化后灰度图像于屏幕第二块区imhist(I):显示原灰度图像直方图imhist(J):显示直方图均衡化后灰度图像直方图练习要求熟悉运用以上命令编写程序计算给定灰度图像的灰度直方图并进行均衡化，输出结果到屏幕区域及磁盘文件；3.数字图像空域滤波J=imnoise(I,TYPE,):向灰度图像中加入噪声.I:输入的灰度图像;TYPE:噪声类型,取值为gaussian(高斯噪声),salt&pepper(椒盐噪声),speckle(斑点噪声);J:噪声图像;例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)J1=imnoise(I,gaussian,M,V):加入均值为M(缺省值:0),方差为V(缺省值:0.01)的高斯噪声.J2=imnoise(I,salt&pepper,D):加入强度为D(缺省值:0.05)的椒盐黑白噪声.subPlot(1，3，1)；Imshow(I):显示原始灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(J1):显示高斯噪声灰度图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(J2):显示椒盐黑白噪声图像于屏幕第三块区域S=medfilt2(J):对图像进行中值滤波.J:输入的噪声图像;S:滤波后的图像;例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)J1=imnoise(I,gaussian,0,0.01)S=medfilt2(J1)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):显示滤波前的图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(J1):显示滤波后的图像于屏幕第二块区域练习要求熟悉运用以上命令设计3x3，5x5，7x7的卷积函数（模板）对给定灰度图像进行中值滤波，输出结果到屏幕区域及磁盘文件；设计3x3，5x5，7x7的卷积函数（模板）对给定灰度图像进行平滑滤波，输出结果到屏幕区域及磁盘文件；实验教学讲义 (二)基本内容:?熟悉MatLib软件中与图像变换相关的傅里叶变换/卷积/滤波等基本命令;数字图像频域滤波，要求根据截止频率设计低通、高通滤波器对噪声图像进行滤波;数字图像空域滤波,要求熟练运用MatLib软件中相关的命令进行空域滤波,并编制程序进行给定图像的锐化,平滑和中值滤波;?1.数字图像变换命令.?数字图像基础命令:InImg=imread(图像文件):读入指定的图像文件到内存imwrite(OutImg,图像文件):输出内存中图像数据到文件whos ImgData:屏幕输出图像的相关信息imshow(ImgData):将图像文件显示到屏幕subPlot(行数，列数，区域索引);imshow(ImgData):将图像文件显示到指定的屏幕区域I=rgb2gray(rgbImg)将彩色图像转换为灰度图像bw=im2bw(Img,level)将灰度图像转换为二值图像；J=imadjust(I,low high,bottom top,gamma):对灰度图像进行直接灰度变换.imhist(I):计算灰度图像直方图;J=histeq(I):图像直方图均衡化.J=imnoise(I,TYPE,):向灰度图像中加入噪声.S=medfilt2(J):对图像进行中值滤波.I=mat2gray(X):将矩阵转换为灰度图像;X:矩阵变量；I:灰度图像;?傅里叶变换F=fft2(I):2D傅里叶正变换I:矩阵变量，保存输入的灰度图像;F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果；Pha=ANGLE(F):计算相位谱(Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换相位分量)R=abs(F):计算功率谱(R:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换功率分量)F1=real(F):获得傅里叶变换实部分量(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;F1:矩阵变量，保存傅里叶正变换实部分量)F2=imag(F):获得傅里叶变换虚部分量(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;F1:矩阵变量，保存傅里叶正变换虚部分量)fftshift(F):移动傅里叶频谱中心至零频率(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果)I=ifft2(F):2D傅里叶逆变换I:矩阵变量，保存傅里叶逆变换结果;F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果；例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)F1=fft2(I)/傅里叶正变换f1=ifft2(F1)/傅里叶逆变换I1=abs(f1)I1=mat2gray(I1)subPlot(1，2，1)；Imshow(I):/显示灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，2，2)；Imshow(I1):/显示傅里叶正变换后图像于屏幕第二块区域Pha=ANGLE(F1)/计算相位谱Pha1=mat2gray(Pha)/将相位谱转换为灰度图像F=fftshift(F1)/移动傅里叶频谱中心至零频率R=abs(F)/计算功率谱R1=mat2gray(R)/将功率谱转换为灰度图像Imshow(R1)/灰度级相差太大,仅显示为中心亮点R1=log(R)/利用log函数对灰度级数进行非线性压缩R1=mat2gray(R1)subPlot(1，3，1)；Imshow(I):/显示灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(R1):/显示功率谱图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(Pha1):/显示相位谱图像于屏幕第三块区域I2=ifft2(Pha)/仅由相位信息进行逆傅里叶变换重建图像I2=abs(I2)I2=mat2gray(I2)I1=ifft2(R)/仅由功率信息进行逆傅里叶变换重建图像I1=abs(I1)I1=mat2gray(I1)subPlot(1，3，1)；Imshow(I):/显示灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(I1):/显示功率谱图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(I2):/显示相位谱图像于屏幕第三块区域练习要求熟悉运用以上命令进行傅里叶变换滤波H=fspecial(type):生成预定义的2D滤波器Type预定义的滤波器类型，取值为average（均值滤波器）、disk（圆均值滤波器）、gaussian（高斯滤波器）、laplacian（拉普拉斯滤波器）、log（高斯拉普拉斯滤波器）、prewitt、sobel（边缘增强滤波器）；H:矩阵变量，保存离散的数字滤波器；例如H=fspecial(gaussian，m n,sigma):生成具有标准差sigma，离散为m行n列的旋转高斯低通对称滤波器，sigma缺省值为0.5,m n缺省值为33;H=fspecial(average，m n):生成m行n列的均值滤波器，m n缺省值为33;H=fspecial(disk，r):生成半径为如r的圆均值滤波器;Y=imfilter(B,X):实施数字图像滤波B矩阵变量，表示生成的2D滤波器；X矩阵变量，保存待滤波的2D数字图像；Y矩阵变量，保存滤波后的2D数字图像；例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)?J1=imnoise(I,gaussian)H=fspecial(average,55);Blurred1=imfilter(J1,H);H=fspecial(gaussian,55);Blurred2=imfilter(J1,H);subPlot(1，3，1)；Imshow(J1):显示噪声图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(Blurred1):显示均值滤波器滤波图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(Blurred2):显示高斯滤波器滤波图像于屏幕第三块区域J=WIENER2(I,M N):对灰度图像实施维纳自适应滤波I矩阵变量，保存待滤波的2D数字图像；J矩阵变量，保存滤波后的2D数字图像；M N象素的领域大小，用来估计局部图像的均值和方差，作为信号的谱密度。 例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)J=imnoise(I,gaussian,0,0.005);K=wiener2(J,55);subPlot(1，3，1)；Imshow(I):显示灰度噪声图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(J):显示噪声图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(K):显示维纳滤波器滤波图像于屏幕第三块区域练习要求熟悉运用以上命令进行各种滤波2数字图像频域滤波（滤波器设计）例如带通滤波器的设计f1f2=freqspace(3040,meshgrid)/产生等间隔采样的频率响应R=sqrt(f1.2+f2.2)/计算功率谱HD=ones(3040);HD(R0.5)=0;/产生理想的带通滤波器，频率带宽0.10.5Win=fspecial(gaussian,3040,2)/采用高斯函数生成同样大小的窗口函数Win=win./max(win(:)/窗口函数归一化H=fwind2(HD,win)/利用窗口函数产生实际的带通滤波器A,Fx,Fy=Freqz2(H)/根据滤波器计算频率响应（A幅值；Fx,Fy相位）InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)J=imnoise(I,gaussian,0,0.005);K=imfilter(J,H);/对灰度图像实施带通滤波subPlot(1，3，1)；Imshow(I):显示灰度噪声图像于屏幕第一块区域subPlot(1，3，2)；Imshow(J):显示噪声图像于屏幕第二块区域subPlot(1，3，3)；Imshow(K):显示自定义带通滤波器滤波图像于屏幕第三块区域练习要求分别设计一个低通和高通滤波对高斯噪声图象进行滤波3数字图像空域滤波（滤波器设计）C=conv2(A,B):计算矩阵A和B的卷积A矩阵变量，即为滤波前2D数字图像；C矩阵变量，保存滤波后的2D数字图像；B矩阵变量，离散的2D卷积函数；例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)J=imnoise(I,gaussian,0,0.005);B1=00.20;0.20.20.2;00.20/平滑滤波器B2=010;141;010/锐化滤波器C1=conv2(J,B1,same)/平滑滤波C1=mat2gray(C1)/将矩阵转换为灰度图像C2=conv2(I,B2,same)/锐化滤波C2=mat2gray(C2)/将矩阵转换为灰度图像subPlot(2，2，1)；Imshow(I):显示灰度图像于屏幕第一块区域subPlot(2，2，2)；Imshow(C2):显示锐化图像于屏幕第二块区域subPlot(2，2，3)；Imshow(J):显示噪声图像于屏幕第三块区域subPlot(2，2，4)；Imshow(C1):显示平滑图像于屏幕第四块区域练习要求将练习2中设计的低通和高通滤波器进行逆傅里叶变换,分别进行利平滑和锐化空间滤波实验教学讲义 (三)基本内容:?熟悉MatLib软件中与图像几何纠正、边缘检测相关的基本命令;实验证明灰度图像的卷积等价于其傅里叶变换域中得滤波处理;综合运用和设计算子从给定的噪声图像中提取边缘;?1.数字图像基础命令:InImg=imread(图像文件):读入指定的图像文件到内存imwrite(OutImg,图像文件):输出内存中图像数据到文件whos ImgData:屏幕输出图像的相关信息imshow(ImgData):将图像文件显示到屏幕subPlot(行数，列数，区域索引);imshow(ImgData):将图像文件显示到指定的屏幕区域I=rgb2gray(rgbImg)将彩色图像转换为灰度图像bw=im2bw(Img,level)将灰度图像转换为二值图像；J=imadjust(I,low high,bottom top,gamma):对灰度图像进行直接灰度变换.imhist(I):计算灰度图像直方图;J=histeq(I):图像直方图均衡化.J=imnoise(I,TYPE,):向灰度图像中加入噪声.S=medfilt2(J):对图像进行中值滤波.I=mat2gray(X):将矩阵转换为灰度图像;X:矩阵变量；I:灰度图像;F=fft2(I):2D傅里叶正变换Pha=ANGLE(F):计算相位谱(Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换相位分量)R=abs(F):计算功率谱(R:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;Pha:矩阵变量，保存傅里叶正变换功率分量)F1=real(F):获得傅里叶变换实部分量(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;F1:矩阵变量，保存傅里叶正变换实部分量)F2=imag(F):获得傅里叶变换虚部分量(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果;F1:矩阵变量，保存傅里叶正变换虚部分量)fftshift(F):移动傅里叶频谱中心至零频率(F:矩阵变量，保存傅里叶正变换结果)I=ifft2(F):2D傅里叶逆变换J=WIENER2(I,M N):对灰度图像实施维纳自适应滤波C=conv2(A,B):计算矩阵A和B的卷积H=fspecial(type):生成预定义的2D滤波器Y=imfilter(B,X):实施数字图像滤波练习要求熟悉运用以上命令2.图像几何纠正、边缘检测B=imresize(A,m,type):图像大小调整A:矩阵变量，保存待调整的2D数字图像；B:矩阵变量，保存调整后2D数字图像；Type图像大小调整时所采用的灰度插值方式（nearest最近邻插值、bilinear:双线性插值）；m:大于零的常数（m1:图像放大；m1:图像缩小；m=1:图像大小不便B=imrotate(A,angle,method):图像旋转调整A:矩阵变量，保存待调整的2D数字图像；B:矩阵变量，保存调整后2D数字图像；method图像大小调整时所采用的灰度插值方式（nearest最近邻插值、bilinear:双线性插值）；angle:逆时针方向将图像旋转的角度大小例如InImg=ImRead(d:DirNamedemoImg_InPut.bmp)I=rgb2gray(InImg)B1=imresize(I,1.5,nearest)B2=imresize(I,1.5,bilinear)C1=imrotate(I,45,nearest)C2=imrotate(I,45,bilinear)subPlot(2，3，1)；Imshow(I):显示原始图像于屏幕第一块区域subPlot(2，3，2)；Imshow(B1):显示调整图像(最近邻插值)于屏幕第二块区域subPlot(2，3，3)；Imshow(B2):显示调整图像(双线性插值)于屏幕第二块区域subPlot(2，3，4)；Imshow(I):显示原始图像于屏幕第一块区域subPlot(2，3，5)；Imshow(C1):显示旋转图像(最近邻插值)于屏幕第二块区域subPlot(2，3，6)；Imshow(C2)