数字图像处理实验报告

数字图像处理实验报告DIGITALIMAGEPROCESSING目录目录...............................................................................................................................0实验一数字图像基本操作及灰度调整.................................................................................1一、实验目的...................................................................................................................1二、实验内容与要求.......................................................................................................1三、实验原理与算法分析...............................................................................................2四、实验步骤...................................................................................................................4五、实验结果分析与讨论...............................................................................................5六、参考文献...................................................................................................................9实验二数字图像的空间域滤波和频域滤波.......................................................................10一、实验目的.................................................................................................................10二、实验内容与要求.....................................................................................................10三、实验原理与算法分析.............................................................................................11四、实验步骤.................................................................................................................15数字图像处理实验报告第1页共37页1五、实验结果分析与讨论.............................................................................................21六、参考文献.................................................................................................................36实验一数字图像基本操作及灰度调整一、实验目的1)掌握读、写图像的基本方法。2)掌握MATLAB语言中图像数据与信息的读取方法。3)理解图像灰度变换处理在图像增强的作用。4)掌握绘制灰度直方图的方法，理解灰度直方图的灰度变换及均衡化的方法。二、实验内容与要求复制若干图形文件（如forest.tif和b747.jpg）至MATLAB目录下work文件夹中。1.熟悉MATLAB语言中对图像数据读取，显示等基本函数特别需要熟悉下列命令：熟悉imread()函数、imwrite()函数、size()函数、Subplot（）函数、Figure（）函数。1)将MATLAB目录下work文件夹中的forest.tif图像文件读出.用到imread，imfinfo数字图像处理实验报告第2页共37页2等文件，观察一下图像数据，了解一下数字图像在MATLAB中的处理就是处理一个矩阵。将这个图像显示出来（用imshow）。尝试修改map颜色矩阵的值，再将图像显示出来，观察图像颜色的变化。2)将MATLAB目录下work文件夹中的b747.jpg图像文件读出，用rgb2gray()将其转化为灰度图像，记为变量B。2.图像灰度变换处理在图像增强的作用读入不同情况的图像，请自己编程和调用Matlab函数用常用灰度变换函数对输入图像进行灰度变换，比较相应的处理效果。3.绘制图像灰度直方图的方法，对图像进行均衡化处理请自己编程和调用Matlab函数完成如下实验。1)显示B的图像及灰度直方图，可以发现其灰度值集中在一段区域，用imadjust函数将它的灰度值调整到[0，1]之间，并观察调整后的图像与原图像的差别，调整后的灰度直方图与原灰度直方图的区别。2)对B进行直方图均衡化处理，试比较与源图的异同。3)对B进行如图所示的分段线形变换处理，试比较与直方图均衡化处理的异同。图1.1分段线性变换函数三、实验原理与算法分析1.灰度变换灰度变换是图像增强的一种重要手段，它常用于改变图象的灰度范围及分布，是图象数字化及图象显示的重要工具。1)图像反转灰度级范围为[0,L-1]的图像反转可由下式获得rLs12)对数运算：有时原图的动态范围太大，超出某些显示设备的允许动态范围，如直接使用原图，则一部分细节可能丢失。解决的方法是对原图进行灰度压缩，如对数变换：s=clog(1+r)，c为常数，r≥03)幂次变换：数字图像处理实验报告第3页共37页30,0,ccrs4)对比拉伸：在实际应用中,为了突出图像中感兴趣的研究对象，常常要求局部扩展拉伸某一范围的灰度值，或对不同范围的灰度值进行不同的拉伸处理，即分段线性拉伸：其对应的数学表达式为：2.直方图均衡化灰度直方图的横坐标是灰度级，纵坐标是该灰度级出现的频度，它是图像最基本的统计特征。依据定义，在离散形式下，用rk代表离散灰度级，用pr(rk)代表pr(r)，并且有下式成立：nnrPkkr)(1,,2,1,010lkrk式中：nk为图像中出现rk级灰度的像素数，n是图像像素总数，而nk/n即为频数。直方图均衡化处理是以累积分布函数变换法为基础的直方图修正法。假定变换函数为dprTsrr)()(0(a)Lena图像(b)Lena图像的直方图图1.2Lena图像及直方图当灰度级是离散值时，可用频数近似代替概率值，即1,,1,010)(lkrnnrpkkkr数字图像处理实验报告第4页共37页4式中：l是灰度级的总数目，pr(rk)是取第k级灰度值的概率，nk是图像中出现第k级灰度的次数，n是图像中像素总数。所以积分可以表示为下列累计分布函数(cumulativedistributionfunction,CDF)1,,1,010)()(00lkrrpnnrTsjkjjrkjjkk四、实验步骤1.熟悉MATLAB语言中对图像数据读取，显示等基本函数1)文件读取与信息显示：loadtrees;[X,map]=imread('forest.tif');subimage(X,map);I=imread('forest.tif');imshow(I);imfinfo('forest.tif');2)map颜色矩阵的修改[X,map]=imread('forest.tif');map1=map+map;subimage(X,map1);3)灰度图像的转化RGB=imread('b747.jpg');B=rgb2gray(RGB);2.图像灰度变换处理在图像增强的作用g1=imadjust(I,[01],[10]);g2=imcomplement(g1);g3=im2uint8(mat2gray(log(1+double(I))));3.绘制图像灰度直方图的方法，对图像进行均衡化处理1)图像灰度直方图的显示与灰度调整imhist(B);J=imadjust(B,[],[01]);imhist(J);subimage(J);2)对B进行直方图均衡化处理，试比较与原图的异同。I=imread('pout.tif');[J,T]=histeq(I);figure,plot((0:255)/255,T);数字图像处理实验报告第5页共37页53)对B进行如图所示的分段线形变换处理，试比较与直方图均衡化处理的异同。x1=0:0.01:0.125;x2=0.125:0.01:0.75;x3=0.75:0.01:1;y1=2*x1;y2=0.25+0.6*(x2-0.125);y3=0.625+1.5*(x3-0.75);x=[x1,x2,x3];y=[y1,y2,y3];subplot(2,2,4);plot(x,y);五、实验结果分析与讨论1.熟悉MATLAB语言中对图像数据读取，显示等基本函数1)图像文件的读出与图像数据的观察图1.3真彩色图像与灰度图像显示ans=Filename:'F:\MATLAB\R2007a\toolbox\images\imdemos\forest.tif'FileModDate:'04-Dec-200013:57:58'FileSize:124888Format:'tif'FormatVersion:[]Width:447Height:301BitDepth:8ColorType:'indexed'FormatSignature:[7373420]ByteOrder:'little-endian'NewSubFileType:0BitsPerSample:8Compression:'PackBits'PhotometricInterpretation:'RGBPalette'数字图像处理实验报告第6页共37页6StripOffsets:[17x1double]SamplesPerPixel:1RowsPerStrip:18StripByteCounts:[17x1double]XResolution:72YResolution:72ResolutionUnit:'Inch'Colormap:[256x3double]PlanarConfiguration:'Chunky'TileWidth:[]TileLength:[]TileOffsets:[]TileByteCounts:[]Orientation:1FillOrder:1GrayResponseUnit:0.0100MaxSampleValue:255MinSampleValue:0Thresholding:1ImageDescription:'CarmanahAncientForest,BritishColumbia,Canada'map颜色矩阵修改后图像颜色的变化图1.4原图像与map矩阵值增强一倍后的图像新的颜色矩阵值变成原文件的2倍，图像明显变