第一章图像的几何变换

1、第一章 图像的几何变换实验一 平移运算一、实验目的1、掌握平移运算的原理。2、学习在DSP上实现平移运算的方法。二、实验仪器1、硬件平台：C6000数字图像处理实验箱（型号ZY13DSP23BB）、摄像头、USB连接线。2、软件平台：Windows98/2000/XP操作系统、Code Composer Studio 2.0 For C6000、ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB。三、实验内容1、平移运算原理平移(translation)变换是几何变换中最简单的一种。如图2-1所示，初始坐标为(x0,y0)的点经过平移(tx,ty)(以向右，向下为正方向)后，坐标变为(

2、x1,y1)。这两点之间的关系是x1=x0+tx ，y1=y0+ty，即平移后（x1,y1）点的颜色值等于(x0,y0)点的颜色值。图1-1     平移的示意图如下图1-2为原图，图1-3为移动后的图，图像进行平移后，图像的一部分会移出显示区域，比较典型的处理方法是保持图像的大小，将移出的部分截断，由于移动而空出的区域填充为白色 RGB（255，255，255）。图1-2     移动前的图图1-3     移动后的图2、算法实现代码void Translation( ch

3、ar *inbuf, char *outbuf, int width, int height, int xoff, int yoff )unsigned int i,j; char *ptr;/将图像输出区全部填充为白色memset(outbuf, 255, width* height);ptr = inbuf;for( i= yoff ; i<height-yoff; i+ )for( j= xoff ; j<width-xoff; j+ )outbufi* width+j = *ptr+;/输入缓冲区指针指向下一行ptr += xoff;四、实验步骤1、将光盘上的“exampl

4、estranslation”目录复制到计算机硬盘，去掉目录中所有文件的只读属性去掉；2、通过USB连接线，将C6000数字图像处理实验箱与PC的USB口相连接，如果PC提示找到新硬件，则表示连接成功；3、启动Code Composer Studio 2.0 For C6000；4、启动ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB；5、打开“Project”菜单，选择“Open”菜单项,找到并打开硬盘上目录“examples translation”，选择translation.pjt工程文件；6、打开“Project”菜单，选择“Rebuild all”菜单项,编译程序，生成tr

5、anslation.out文件；7、打开“File”菜单，选择“Load program”菜单项，选择“examples translation Debugtranslation.out”,程序将加载到DSP上；8、运行：按快捷键“F5”或选择“Debug”菜单中的“Run”项；9、点击PC上的应用程序ImageRECV2.0.exe中的“打开USB设备”，再出现“USB口打开成功”后点击“启动接收”，可以在程序界面中将接收到的图像数据实时的显示出来，按键A1为处理前的图像，A2为处理后的结果，用户可以在ImageRECV2.0.exe程序界面中观测到运行结果并进行比较。实验二 镜像运算一、实

6、验目的1、掌握镜像运算的原理。2、学习在DSP上实现镜像运算的方法。二、实验仪器1、硬件平台：C6000数字图像处理实验箱（型号ZY13DSP23BB）、摄像头、USB连接线。2、软件平台：Windows98/2000/XP操作系统、Code Composer Studio 2.0 For C6000、ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB。三、实验内容1、镜像运算原理镜象(mirror)分水平镜象和垂直镜象两种。如下图，图2-1所示水平镜象结果，图2-2所示为垂直镜象结果。图2-1 水平镜象图2-2 垂直镜象镜象的变换矩阵很简单。设原图宽为w，高为h，变换后，图的宽和高不

7、变。水平镜象的变换矩阵为：垂直镜象的变换矩阵为：2、算法实现代码/ direct =1：水平镜象； direct =0：垂直镜象void Mirror( int direct, unsigned char *ibuf, int width, int height )unsigned int i,j;int tp1,tp2;if( direct )/水平镜象for( i=0 ; i<height; i+ )for( j=0; j<width/2; j+ )tp1 = width-1-j;tp2 = ibufi*width+j;ibufi*width+j = ibufi*width+t

8、p1;ibufi*width+tp1 = tp2;else/垂直镜象for( i=0 ; i<height/2; i+ )for( j=0; j<width; j+ )tp1 = height-1-i;tp2 = ibufi*width+j;ibufi*width+j = ibuftp1*width+j;ibuftp1*width+j = tp2;四、实验步骤1、将光盘上的“examples mirror”目录复制到计算机硬盘，去掉目录中所有文件的只读属性；2、通过USB连接线，将C6000数字图像处理实验箱与PC的USB口相连接，如果PC提示找到新硬件，则表示连接成功；3、 启动

9、Code Composer Studio 2.0 For C6000；4、启动ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB；5、打开“Project”菜单，选择“Open”菜单项,找到并打开硬盘上目录“examples mirror”，选择mirror.pjt工程文件；6、打开“Project”菜单，选择“Rebuild all”菜单项,编译程序，生成mirror.out文件；7、打开“File”菜单，选择“Load program”菜单项，选择“examples mirror Debug mirror.out”,程序将加载到DSP上；8、 运行：按快捷键“F5”或选择“Debu

10、g”菜单中的“Run”项；9、点击PC上的应用程序ImageRECV2.0.exe中的“打开USB设备”，再出现“USB口打开成功”后点击“启动接收”，可以在程序界面中将接收到的图像数据实时的显示出来，按键A1为处理前的图像，A2为处理后的结果，用户可以在ImageRECV2.0.exe程序界面中观测到运行结果并进行比较。实验三 转置运算一、实验目的1、掌握转置运算的原理。2、学习在DSP上实现转置运算的方法。二、实验仪器1、硬件平台：C6000数字图像处理实验箱（型号ZY13DSP23BB）、摄像头、USB连接线。2、软件平台：Windows98/2000/XP操作系统、Code Compo

11、ser Studio 2.0 For C6000、ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB。三、实验内容1、转置运算原理转置(transpose)是指将x，y坐标对换，如图3-1是对图1-1进行转置后的结果。值得注意的是，转置和旋转900是有区别的。图3-1 图1-1转置后的结果转置的变换矩阵很简单：2、算法实现代码void Transpose( unsigned char *ibuf, int width, int height )unsigned int i,j;unsigned char *tp, *tp1=yc;for( i=0 ; i<height; i+ )

12、tp = tp1+;for( j=0; j<width; j+ )*tp = *ibuf+;tp += height;四、实验步骤1、将光盘上的“examples transpose”目录复制到计算机硬盘，去掉目录中所有文件的只读属性；2、通过USB连接线，将C6000数字图像处理实验箱与PC的USB口相连接，PC提示找到新硬件，则表示连接成功；3、 启动Code Composer Studio 2.0 For C6000；4、启动ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB；5、打开“Project”菜单，选择“Open”菜单项,找到并打开硬盘上目录“examples t

13、ranspose”，选择transpose.pjt工程文件；6、打开“Project”菜单，选择“Rebuild all”菜单项,编译程序，生成transpose.out文件；7、打开“File”菜单，选择“Load program”菜单项，选择“examples transpose Debug transpose.out”,程序将加载到DSP上；8、 运行：按快捷键“F5”或选择“Debug”菜单中的“Run”项；9、点击PC上的应用程序ImageRECV2.0.exe中的“打开USB设备”，再出现“USB口打开成功”后点击“启动接收”，可以在程序界面中将接收到的图像数据实时的显示出来，按键

14、A1为处理前的图像，A2为处理后的结果，用户可以在ImageRECV2.0.exe程序界面中观测到运行结果并进行比较。实验四 缩放运算一、实验目的1、掌握缩放运算的原理。2、学习在DSP上实现缩放运算的方法。二、实验仪器1、硬件平台：C6000数字图像处理实验箱（型号ZY13DSP23BB）、摄像头、USB连接线。2、软件平台：Windows98/2000/XP操作系统、Code Composer Studio 2.0 For C6000、ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB。三、实验内容1、缩放运算原理假设放大因子为ratio，缩放(zoom)的变换矩阵很简单：0<

15、;ratio1时，图像被缩小；1<ratio时，图像被放大。一般情况下，为了避免新图过大或过小，在程序中限制0.25ratio4。对于图像缩小的处理比较简单，根据因子ratio，每1/ratio个象素取一个象素，组成新的图像即可，例如ratio0.5时，每2个象素取一个即可。对于图像放大的情况，由于放大时产生了新的象素，以及浮点数的操作，得到的坐标可能并不是整数，一般采用的做法是找与之最临近的点。而实际上，更精确的做法是采用插值(interpolation)，即利用邻域的象素来估计新的象素值。关于插值，有兴趣的读者可以参考“数值分析”方面的书籍。如下图4-1所示，对图1-2进行0.5倍缩

16、放效果：图4-1 ratio=0.52、算法实现代码void Zoom(unsigned char *ibuf, int width, int height, float ZoomRatio)int num,Wnew,Hnew, x0,y0,x1,y1;num= (float)(1.0/ZoomRatio);/新图宽度和高度Wnew = width *ZoomRatio+0.5;Hnew = height *ZoomRatio+0.5;for(y1=0; y1<Hnew; y1+)        for(x1

17、=0; x1<Wnew; x1+)      x0 = x1*num ;      y0 = y1*num;     if( (x0>=0) && (x0< width) && (y0>=0) && (y0< height)      yc+ = ibufy0* width+x0; 

18、;   四、实验步骤1、将光盘上的“examples zoom”目录复制到计算机硬盘，去掉目录中所有文件的只读属性；2、通过USB连接线，将C6000数字图像处理实验箱与PC的USB口相连接，如果PC提示找到新硬件，则表示连接成功；3、启动Code Composer Studio 2.0 For C6000；4、启动ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB；5、打开“Project”菜单，选择“Open”菜单项,找到并打开硬盘上目录“examples zoom”，选择zoom.pjt工程文件；6、打开“Project”菜单，选择“Rebuild

19、all”菜单项,编译程序，生成zoom.out文件；7、打开“File”菜单，选择“Load program”菜单项，选择“examples zoom Debug zoom.out”,程序将加载到DSP上；8、 运行：按快捷键“F5”或选择“Debug”菜单中的“Run”项；9、点击PC上的应用程序ImageRECV2.0.exe中的“打开USB设备”，再出现“USB口打开成功”后点击“启动接收”，可以在程序界面中将接收到的图像数据实时的显示出来，按键A1为处理前的图像，A2为处理后的结果，用户可以在ImageRECV2.0.exe程序界面中观测到运行结果并进行比较。实验五 旋转运算一、实验目

20、的1、掌握旋转运算的原理。2、学习在DSP上实现旋转运算的方法。二、实验仪器1、硬件平台：C6000数字图像处理实验箱（型号ZY13DSP23BB）、摄像头、USB连接线。2、软件平台：Windows98/2000/XP操作系统、Code Composer Studio 2.0 For C6000、ImageRECV 2.0 for ZY13DSP23BB。三、实验内容1、旋转运算原理旋转(rotation)就是将图像以某一点为圆心，转动一定的角度。通常的做法是以图像的中心为圆心旋转，如图5-1旋转30度(顺时针方向)后如图5-2所示。可以看出，旋转后图像变大了。图5-1  

21、;   旋转前的图图5-2     旋转后的图在坐标系中，将一个点顺时针旋转a角后的坐标变换公式如图5-3所示，r为该点到原点的距离，在旋转过程中，r保持不变；b为r与x轴之间的夹角。图5-3  旋转示意图旋转前：x0=rcosb；y0=rsinb旋转a角度后：x1=rcos(b-a)=rcosbcosa+rsinbsina=x0cosa+y0sina；y1=rsin(b-a)=rsinbcosa-rcosbsina=-x0sina+y0cosa；上面的公式中，坐标系xoy是以图像的中心为原点，向右为x轴正方向，向上为y轴正

22、方向。它和以图像左上角点为原点o，向右为x轴正方向，向下为y轴正方向的坐标系xoy之间的转换关系如图5-4所示。图5-4   两种坐标系间的转换关系设图象的宽为w，高为h，容易得到：逆变换为：有了上面的公式，可以把变换分成三步：（1）将坐标系o变成o；（2）将该点顺时针旋转a角；（3）将坐标系o变回o。要注意的是，由于有浮点运算，计算出来点的坐标可能不是整数，采用取整处理，即找最接近的点，这样会带来一些误差(图像可能会出现锯齿)。2、算法实现代码为了使程序便于理解，在例程中主要采用了顺时针45度的旋转。/旋转Rotation，将图像进行45度旋转void Rotation(

23、 unsigned char *indata, unsigned char *outdata, int Width, int Height,int *nWidth, int *nHeight)int x1,y1,x0,y0;float cosa=0.7071,sina=0.7071; int Wnew = cosa*(Width+Height);/旋转后新图的宽int Hnew = cosa*(Width+Height);/旋转后新图的高int num1 = (Width>>1);int num2 = (Height>>1);num1 = num1 - cosa*cosa*(Width+Height);for(y1=0; y1<Hnew; y1+)for(x1=0; x1<Wnew; x1+)x0= (x1*cosa+y1*sina+n