MATLAB实验三.doc

Matlab程序设计实验指导书实验二 基于Matlab的图像配准实验一、实验目的1、 掌握Matlab图像处理工具箱的使用。2、 学习使用联机帮助查找更多的Matlab功能。3、 熟悉使用Matlab进行交互操作的方法。4、 学习图像配准的相关知识。二、实验要求（一）、对实验过程的要求1、编写M-文件，实现两幅图像的配准及结果对比。2、学习Matlab的Image Processing Toolbox的相关帮助。3、实验中生成的中间结果和数据尽量保存。（二）、对实验报告的撰写要求1、参考附录的实验报告格式样本撰写。2、“实验结果”主要包括：（1）利用cpselect工具选择控制点的截屏图。（2）图像配准的结果图像。（3）不同配准方法相比较的数据。3、实验报告附录中包含M-文件的源代码，要注意代码的格式。三、实验环境和设备1、PC机，Windows XP / 7操作系统。2、Matlab R12+及其以上版本，Image Processing Toolbox V3.0以上版。四、实验原理1、图像配准图像配准是将一幅图像与另一幅图像对齐的过程，也就是将一幅图像进行几何变换，使它与另一幅图像中对应的目标具有相同的位置。如下图1所示，将(a)与(b)配准，只要将(a)变换成(c)即可。2、实现方式图像配准可以由手工的方法来实现：首先在两幅图像中选择若干控制点对（可以使用函数cpselect）；再由这些对应点计算出几何变换的形式（使用函数cp2tform）；最后进行图像变换（可使用一般的变换函数imtransform）。利用Matlab帮助可查看相关函数的详细用法。3、配准结果的评价图像配准结果是否精确有多种评价方法，例如计算均方误差值MSE（Mean Squared Error）。令I1和I2是两幅经过配准的图像，它们的均方误差如下计算 (1)其中M和N分别表示图像的行数和列数。MSE的值越小，则说明这两幅图像配准的精度越高。 (a) (b) (c)图1 图像配准的例子。五、实验内容及步骤（一）学习Matlab帮助从Matlab帮助界面中打开如下路径进行学习（版本不同路径略有差异）:Image Processing Toolbox Demos- Image Registration- Registering an Image (Registering an Aerial Photo to an Orthophoto)其中的内容是本实验的基础。（二）生成测试图像利用如下代码生成一幅基准图像和一幅输入图像：base = imread(cameraman.tif);input = imcrop(imrotate( imresize(base, 1.6), 30), 150, 150, 255, 255);其中input图像将与base图像进行配准。（三）设计配准方案确定所要选择的几何变换的形式，如线性保角变换linear conformal（又称为相似变换）、仿射变换affine、投影变换projective等。实验中至少选择两种变换形式进行配准。确定每种变换所需要的控制点对的数量，并思考对本实验来说哪种变换在理论上最好。（四）选择控制点利用cpselect命令手工选择第二步中两幅图像的控制点，并将控制点保存到Matlab的工作空间中备用。用屏幕拷贝的方法将选择控制点的界面图保存到实验报告中。（五）由控制点计算几何变换将第四步得到的控制点输入到函数cp2tform中，并根据第三步所选择的几何变换形式（至少两种）分别计算几何变换。（六）变换图像实现配准将第五步得到的变换形式输入到函数imtransform中，实现对第二步中的图像input的变换。将图像配准的结果整理到实验报告中，将上述各步骤的代码整合为M-文件。（七）分析比较配准结果编写M-文件，利用公式(1)计算配准的精度。注意如果图像中某点处没有像素值（如图1(c)中的黑色区域），在计算MSE时该点不应统计在内。另外编程时尽量不要使用数组下标I(i, j)的形式来访问数据。比较第三步所选择的不同变换形式配准精度的高低，将计算出的MSE数据整理到实验报告中。对本实验来说哪一种变换的配准结果更好？人工选择点的误差对结果有无影响？（八）思考如何实现两幅