北航数字图象处理实验报告

数字图像处理实验报告数字图像处理实验报告 实验二实验二 图像变换实验图像变换实验 1 1 实验目的 实验目的 学会对图像进行傅立叶等变换 在频谱上对图像进行分析 增进对图像频域上的感性 认识 并用图像变换进行压缩 2 2 实验内容 实验内容 对 Lena 或 cameraman 图像进行傅立叶 离散余弦 哈达玛变换 在频域 对比他们 的变换后系数矩阵的频谱情况 进一步 通过逆变换观察不同变换下的图像重建质量情况 3 3 实验要求实验要求 实验采用获取的图像 为灰度图像 该图像每象素由 8 比特表示 具体要求如下 1 输入图像采用实验 1 所获取的图像 Lena Cameraman 2 对图像进行傅立叶变换 获得变换后的系数矩阵 3 将傅立叶变换后系数矩阵的频谱用图像输出 观察频谱 4 通过设定门限 将系数矩阵中 95 的 小值 系数置为 0 对图像进行反变换 获得逆变换后图像 5 观察逆变换后图像质量 并比较原始图像与逆变后的峰值信噪比 PSNR 6 对输入图像进行离散余弦 哈达玛变换 重复步骤 1 5 7 比较三种变换的频谱情况 以及逆变换后图像的质量 PSNR 4 4 实验结果实验结果 1 DFT 的源程序及结果 J imread 10021033 bmp P fft2 J for i 0 size P 1 1 for j 1 size P 2 G i size P 2 j P i 1 j end end Q sort G for i 1 size Q 2 if i size Q 2 0 95 t Q i end end G abs G t 0 for n 0 size P 1 1 for m 1 size P 2 W n 1 m G n size P 2 m end end f2 ifft2 W f3 uint8 f2 axes handles axes2 imshow f3 axes handles axes1 imshow J psnr1 psnr J f3 set handles text3 string psnr1 2 DCT 的源程序及结果 J imread 10021033 bmp P dct2 J for i 0 size P 1 1 for j 1 size P 2 G i size P 2 j P i 1 j end end Q sort G for i 1 size Q 2 if i size Q 2 0 95 t Q i end end G abs G t 0 for n 0 size P 1 1 for m 1 size P 2 W n 1 m G n size P 2 m end end f2 idct2 W f3 uint8 f2 axes handles axes2 imshow f3 axes handles axes1 imshow J psnr1 psnr J f3 set handles text3 string psnr1 3 哈达玛变换的源程序及结果 J imread cat jpg J rgb2gray J P hadamard 512 im2double J hadamard 512 for i 0 size P 1 1 for j 1 size P 2 G i size P 2 j P i 1 j end end Q sort G for i 1 size Q 2 if i size Q 2 0 5 t Q i end end G abs G t 0 for n 0 size P 1 1 for m 1 size P 2 W n 1 m G n size P 2 m end end f2 inv hadamard 512 W inv hadamard 512 mm1 max max f2 mn1 min min f2 f2 255 255 mm1 mn1 f2 mm1 f3 uint8 f2 axes handles axes2 imshow f3 axes handles axes1 imshow J psnr1 psnr J f3 set handles text3 string psnr1 3 实验三实验三 图像复原实验图像复原实验 1 1 实验目的 实验目的 利用反向滤波和维纳滤波进行降质图像复原 比较不同参数选择对复原结果的影响 2 2 实验内容 实验内容 1 利用反向滤波方法进行图像复原 2 利用维纳滤波方法进行图像复原 3 3 实验要求实验要求 1 输入图像采用实验 1 所获取的图像 对输入图像采用运动降质模型 如下式所 示 sinexp 2 2 1 1 0 1 2 1 T H u vaubvjaubv aubv u vNNN 与降值图像相关的参数是 5 1 1Tab 2 对每一种方法通过计算复原出来的图像的峰值信噪比 进行最优参数的选择 包括 反向滤波方法中进行复原的区域半径 0 r 维纳方法中的噪声对信号的频谱密度比值 K 3 将降质图像和利用最优参数恢复后的图像同时显示出来 以便比较 4 4 实验结果实验结果 1 运动降质的源代码及结果 I imread 10021033 bmp I rgb2gray I F fft2 I F fftshift F for m size F 1 1 2 size F 1 1 2 for n size F 2 2 size F 2 2 H m size F 1 1 2 1 n size F 2 2 1 5 sin pi m n exp sqrt 1 pi m n pi m n end end for m 1 size F 1 for n 1 size F 2 if isnan real H m n G m n F m n H m n 1 else G m n F m n H m n end end end g ifft2 G t1 abs g mm max max t1 mn min min t1 t1 255 255 mm mn t1 mm t uint8 t1 axes handles axes1 imshow t 2 逆滤波的源代码及结果 I imread 10021033 bmp F fft2 I F fftshift F for m size F 1 1 2 size F 1 1 2 for n size F 2 2 size F 2 2 H m size F 1 1 2 1 n size F 2 2 1 5 sin pi m n exp sqrt 1 pi m n pi m n end end for m 1 size F 1 for n 1 size F 2 if isnan real H m n G m n F m n H m n 1 else G m n F m n H m n end end end for m 1 size F 1 for n 1 size F 2 if m 2 n 2 200000 F1 m n G m n H m n else F1 m n G m n end end end f1 ifft2 F1 f2 abs f1 mm max max f2 mn min min f2 f2 255 255 mm mn f2 mm f2 uint8 f2 psnr1 psnr f2 I set handles text5 string psnr1 axes handles axes2 imshow f2 3 维纳滤波的源代码及结果 I imread 10021033 bmp F fft2 I F fftshift F for m size F 1 1 2 size F 1 1 2 for n size F 2 2 size F 2 2 H m size F 1 1 2 1 n size F 2 2 1 5 sin pi m n exp sqrt 1 pi m n pi m n end end for m 1 size F 1 for n 1 size F 2 if isnan real H m n G m n F m n H m n 1 else G m n F m n H m n end end end for i 1 size F 1 for j 1 size F 2 ff2 i j G i j H i j abs H i j 2 abs H i j 2 10 38 end end f3 ifft2 ff2 f4 abs f3 mm1 max max f4 mn1 min min f4 f4 255 255 mm1 mn1 f4 mm1 f4 uint8 f4 psnr2 psnr f4 I set handles text5 string psnr2 axes handles axes2 imshow f4 实验四实验四 图像分割处理实验图像分割处理实验 1 1 实验目的 实验目的 1 了解图像分割的基本原理 并利用图像分割算法进行图像分割处理 2 掌握数学形态学的基本运算 2 2 实验内容 实验内容 1 利用类间方差阈值算法实现图像的分割处理 2 利用形态学处理进行处理结果修正 3 3 实验要求实验要求 1 实验用图如图 4 2 所示 图 4 2 原始图像 2 对输入图像进行平滑处理 以减小噪声对分割处理的影响 3 利用类间方差阈值算法对滤波处理后图像进行分割处理 获取分割图像 4 利用数学形态学中的腐蚀和膨胀运算处理 剔除分割处理结果中的一些细小的残余误 分割点 在进行腐蚀和膨胀运算时可采用半径为 r 的圆形结构元素 注意比较选取不同 r 值时 的处理结果 4 4 实验结果实验结果 实验源代码及结果 tu2 imread 图像 2013 bmp tu2 rgb2gray tu2 max2 0 min2 255 m n size tu2 axes handles axes1 imshow tu2 tu3 zeros m n 平滑处理 for k 2 m 1 for s 2 n 1 max4 max tu2 k 1 s tu2 k s 1 max5 max tu2 k 1 s tu2 k s 1 min4 min tu2 k 1 s tu2 k s 1 min5 min tu2 k 1 s tu2 k s 1 tu2 k s max max4 max5 min min4 min5 2 end end axes handles axes2 imshow tu2 平滑处理 中点滤波 for k 1 m max1 max tu2 k if max1 255 max2 max1 break end if max2min1 min2 min1 end end 找出最小灰度值 min2 max2 double max2 min2 double min2 数据类型转换 ni zeros 1 max2 min2 1 for k 1 m for s 1 n temp double tu2 k s min2 1 ni 1 temp ni 1 temp 1 end end 统计各灰度值出现次数 找阈值 w0 0 ut 0 u0 0 max3 0 sum m n for t 0 size ni 2 1 ut ut t ni t 1 sum end for t 0 size ni 2 1 w0 w0 ni t 1 sum w1 1 w0 u0 u0 t ni t 1 sum u1 ut w0 u0 w1 temp w0 w1 u1 u0 u1 u0 if max3 tmax tu3 k s 255 end end end axes handles axes3 imshow tu3 类间方差阈值分割 腐蚀和膨胀 se strel disk 2 tu4 imerode tu3 se axes handles axes4 imshow tu4 tu4 imdilate tu4 se axes handles axes5 imshow tu4 实验五实验五 用用 HoughHough 变换进行曲线的参数提取变换进行曲线的参数提取 1 1 实验目的 实验目的 1 了解边缘检测算子的原理 并利用边缘算子对图像进行检测 2 掌握 Hough 变换的基本原理 2 2 实验内容 实验内容 1 分别将原始图像及加高斯噪声 椒盐噪声后的图像中圆形边缘检测出来 2 用 Hough 变换对边缘进行参数提取 3 3 实验要求实验要求 1 实验用图像文件 原始图像 houghorg bmp 加高斯噪声后图像 houghgau bmp 和加椒盐噪声后图像 houghsalt bmp 图 4 3 原始图像 2 在含有噪声的背景下 先对图像中值滤波 再进行边缘检测 3 将目标的边界提取出来 边缘检测算子可利用 matlab 自带函数实现 使用 Robert Sobel 和 Laplacian 算子 4 利用 Hough 变换提取的参数绘制曲线 并叠加在噪声图像上 4 4 实验要点实验要点 1 利用算子进行边缘检测 可先将加噪以后的图像进行平滑滤波 如采用 9 9 的掩膜模 板进行中值滤波 为了对图像中图形边缘进行线性提取 可通过设置阈值将图像变为二值图像 再利用三种不同的算子 Robert Sobel 和 Laplacian 来完成边缘的检测 2 Hough 变换进行曲线参数提取 在使用三种算子对加噪后图像进行边缘检测以后 使 用 Hough 变换对检测后图像进行参数提取 并在提取成功以后 使用提取获得的参数进行图像 的重建 最后将重建图像叠加到加噪图像中 注意在进行 Hough 变换时 对比观察获得图像与 使用算子进行边缘检测获得图像之间的区别 5 5 实验结果实验结果 1 原图 利用 Robert 算子进行边缘检测 I imread houghorg bmp I rgb2gray I BW edge I roberts axes handles axes1 imshow BW 利用 Sobel 算子进行边缘检测 I imread houghorg bmp I rgb2gray I BW edge I sobel axes handles axes1 imshow BW 利用 Laplacian 算子进行边缘检测 I imread houghorg bmp I rgb2gray I BW edge I log axes handles axes1 imshow BW Hough 变换 I imread houghorg bmp I rgb2gray I BW edge I sobel r max 100 r min 40 step r 1 step angle pi 20 p 0 5 m n size BW size r round r max r min step r 1 size angle round 2 pi step angle hough space zeros m n size r rows cols find BW ecount size rows Hough 变换 将图像空间 x y 对应到参数空间 a b r a x r cos angle b y r sin angle for i 1 ecount for r 1 size r for k 1 size angle a round rows i r min r 1 step r cos k step angle b round cols i r min r 1 step r sin k step angle if a 0 length size index hough circle false m n for i 1 ecount for k 1 length par3 floor index k m n 1 par2 floor index k par3 1 m n m 1 par1 index k par3 1 m n par2 1 m if ro