数字图像处理实验指导书-matlab[1]

数字图像处理实验报告姓名雷宇亭2011021167王潇锋2011021165实验内容实验一、空域图像处理班级信号处理113班指导老师曾强宇时间2014.4.28一、实验目的1熟悉MATLAB基本图像操作；2结合实例学习如何在程序中增加图像处理算法；3理解和掌握图像的线性变换和直方图均衡化的原理和应用；4了解平滑处理的算法和用途，学习使用均值滤波、中值滤波和拉普拉斯锐化进行图像增强处理的程序设计方法；5了解噪声模型及对图像添加噪声的基本方法。二、实验原理1灰度线性变换就是将图像中所有点的灰度按照线性灰度变换函数进行变换。)],([),(yxfTyxg255),(]),([),(]),([),(0),(),(yxfbgbyxfbyxfagayxfayxfyxfyxgbanymx,2,1,,,2,12直方图均衡化通过点运算将输入图像转换为在每一级上都有相等像素点数的输出图像。按照图像概率密度函数PDF的定义：1,...,2,1,0)(Lknnrpkkr通过转换公式获得：1,...,2,1,0)()(00LknnrprTskjkjjjrkk3均值（中值）滤波是指在图像上，对待处理的像素给定一个模板，该模板包括了其周围的临近像素。将模板中的全体像素的均值（中值）来代替原来像素值的方法。4拉普拉斯算子如下：111181111拉普拉斯算子首先将自身与周围的8个像素相减，表示自身与周围像素的差异，再将这个差异加上自身作为新像素的灰度。三、实验步骤1启动MATLAB程序，对图像文件分别进行灰度线性变换、直方图均衡化、均值滤波、中值滤波和拉普拉斯锐化操作；添加噪声，重复上述过程观察处理结果。2记录和整理实验报告四、实验仪器1计算机；2MATLAB程序；3记录用的笔、纸。五、实验内容及结果实验内容：1.将实验库中的任意一副彩色图像转化为灰度图像。（rgb2gray）2.将实验库中的任意一副彩色图像转化为灰度图像后，进行图像求反操作和使用Gamma校正压缩图像的动态范围。3.对任意灰度图像进行直方图均衡。4.对任意灰度图像使用3*3和5*5的模板进行均值和中值（order）滤波。5.使用拉普拉斯算子对图像进行处理。实验结果附程序：clc;clearall;closeall;I=imread('1.jpg');figure();subplot(231);imshow(I);title('源图像');I=rgb2gray(I);subplot(232);imshow(I);title('灰度图像');subplot(233);imshow(255-I,[]);title('图像求反');J=im2double(I);nw=J.*0.3;subplot(234);imshow(nw);title('gamma校正');J1=histeq(J);subplot(235);imshow(J1);title('直方图均衡');BW=edge(I,'log');subplot(236);imshow(BW);title('拉普拉斯算子处理');J2=filter2(fspecial('average',3),I)/255;J3=filter2(fspecial('average',5),I)/255;J4=medfilt2(I,[33]);J5=medfilt2(I,[55]);figure();subplot(221);imshow(J2);title('3x3均值滤波');subplot(222);imshow(J3);title('5x5均值滤波');subplot(223);imshow(J4);title('3x3中值滤波');subplot(224);imshow(J5);title('5x5中值滤波');六、思考题1．设定不同的斜率值和截距，显示效果会怎样？2．直方图均衡化是什么意思？它的主要用途是什么？答：直方图均衡化就是通过变换函数将原图像的直方图修正为平坦的直方图，以此来修正原图像之灰度值。它的主要用途是达到清晰图像的目的。3.均值（中值）滤波的模板大小对处理效果有什么影响？答：模板尺寸越大，噪声减小的效果越显著。数字图像处理实验报告姓名雷宇亭2011021167王潇锋2011021165实验内容实验二、图像变换技术班级信号处理113班指导老师曾强宇时间2014.5.4一、实验目的1了解图像变换的意义和手段；2熟悉傅里叶变换的基本性质；3热练掌握FFT方法及应用；4通过实验了解二维频谱的分布特点；5通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的傅立叶变换及滤波锐化和复原处理；6了解理想、巴特沃兹、高斯等不同滤波器的结构及滤波效果。二、实验原理1应用傅立叶变换进行图像处理傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。2傅立叶（Fourier）变换的定义对于二维信号，二维Fourier变换定义为：dydxeyxfvuFvyuxj)(2),(),(dvduevuFyxfvyuxj)(2),(),(sincosjej二维离散傅立叶变换为：1,...,2,1,0,1,...,2,1,0for),(1),(1010)//(2NvMueyxfMNvuFMxNyNvyMuxj1,...,2,1,0,1,...,2,1,0for),(),(1010)//(2NyMxevuFyxfMuNvNvyMuxj图像的傅立叶变换与一维信号的傅立叶变换变换一样，有快速算法，具体参见参考书目，有关傅立叶变换的快速算法的程序不难找到。实际上，现在有实现傅立叶变换的芯片，可以实时实现傅立叶变换。3利用MATLAB软件实现数字图像傅立叶变换的程序：I=imread(‘原图像名.gif’);%读入原图像文件imshow(I);%显示原图像fftI=fft2(I);%二维离散傅立叶变换sfftI=fftshift(fftI);%直流分量移到频谱中心RR=real(sfftI);%取傅立叶变换的实部II=imag(sfftI);%取傅立叶变换的虚部A=sqrt(RR.^2+II.^2);%计算频谱幅值A=（A-min(min(A))）/(max(max(A))-min(min(A)))*225;%归一化figure;%设定窗口imshow(A);%显示原图像的频谱三、实验步骤1打开计算机，安装和启动MATLAB程序；程序组中“work”文件夹中应有待处理的图像文件；2利用MatLab工具箱中的函数编制FFT频谱显示的函数;3a).调入、显示图像；图像存储格式应为“.gif”;b)对图像做FFT并利用自编的函数显示其频谱;c)讨论不同的图像内容与FFT频谱之间的对应关系。4对频谱分别进行高斯、巴特沃兹、高斯高通和低通滤波，比较其锐化和平滑效果5记录和整理实验报告。四、实验仪器1计算机；2MATLAB程序；3移动式存储器（软盘、U盘等）。4记录用的笔、纸。五、实验内容1.对图像库中的任意彩色和任意灰度图像进行FFT，显示其频谱。I=imread('1.gif');%读入原图像文件imshow(I);%显示原图像fftI=fft2(I);%二维离散傅立叶变换sfftI=fftshift(fftI);%直流分量移到频谱中心RR=real(sfftI);%取傅立叶变换的实部II=imag(sfftI);%取傅立叶变换的虚部A=sqrt(RR.^2+II.^2);%计算频谱幅值A=(A-min(min(A)))/(max(max(A))-min(min(A)))*225;%归一化figure;%设定窗口imshow(A);%显示原图像的频谱实验结果：2.对频谱使用Butterworth高通和低通滤波器滤波。显示实验结果(结果需进行IFFT)。Butterworth低通滤波器程序：clc;clearall;closeallI=imread('1.jpg');I1=rgb2gray(I);figure;subplot(221);imshow(I1);title('灰度图像');f=double(I1);g=fft2(f);g=fftshift(g);F2=log(abs(g));subplot(222);imshow(F2,[],'InitialMagnification','fit');title('图像频谱图');colormap(jet);%colorbar[N1,N2]=size(g);n=2;d0=5;n1=fix(N1/2);n2=fix(N2/2);fori=1:N1forj=1:N2d=sqrt((i-n1)^2+(j-n2)^2);ifd==0h=0;elseh=1/(1+(d/d0)^(2*n));endresult(i,j)=h*g(i,j);endendF3=log(abs(result));subplot(223);imshow(F3,[],'InitialMagnification','fit');title('低通滤波后的频谱');colormap(jet);%colorbarresult=ifftshift(result);X2=ifft2(result);X3=uint8(real(X2));subplot(224);imshow(X3);title('滤波后的图像');图像经过butterworth低通滤波后的结果：Butrerworth高通滤波程序：clc;clearall;closeallI=imread('1.jpg');I1=rgb2gray(I);figure();subplot(221);imshow(I1);title('原图像');f=double(I1);g=fft2(f);g=fftshift(g);F2=log(abs(g));subplot(222);imshow(F2,[],'InitialMagnification','fit');title('图像的频谱图');colormap(jet);%colorbar[N1,N2]=size(g);n=2;d0=5;n1=fix(N1/2);n2=fix(N2/2);fori=1:N1forj=1:N2d=sqrt((i-n1)^2+(j-n2)^2);ifd==0h=0;elseh=1/(1+(d0/d)^(2*n));endresult(i,j)=h*g(i,j);endendF3=log(abs(result));subplot(223);imshow(F3,[],'InitialMagnification','fit');title('滤波后的频谱图');colormap(jet);%colorbarresult=ifftshift(result);X2=ifft2(result);X3=uint8(real(X2));subplot(224);imshow(X3);title('butter高通滤波后的图像');六、思考题1．傅里叶变换有哪些重要的性质?答：线性，时频对偶性，展缩（尺度变换）特性，时移特性频移特性与调幅波，微分特性，反褶与共轭特性2．图像的二维频谱在显示和处理时应注意什么?答：图像中心是原图形的高频部分，四角是低频部分。数字图像处理实验报告姓名雷宇亭2011021167王潇锋2011021165实验内容实验三、图像的几何变换班级信号处理113班指导老师曾强宇时间2014.5.5一、实验目的1熟悉MATLAB的操作和基本功能；2理解和掌握图像的平移、垂直镜像变换、水平镜像变换、缩放和旋转的原理和应用；二、实验原理1初始