数字图像处理图像变换实验报告

1、数字图象处理实验指导书实验一图象变换实验主而大摩实验报告实验名称：图像处理姓名：刘强班级：电信1102学号：1404110128实验一图像变换实验一一图像点运算、几何变换及正交变换一、实验条件PC机数字图像处理实验教学软件大量样图二、实验目的1、学习使用“数字图像处理实验教学软件系统”，能够进行图像处理方面的 简单操作；2、熟悉图像点运算、几何变换及正交变换的基本原理，了解编程实现的具体 步骤；3、观察图像的灰度直方图，明确直方图的作用和意义；4、观察图像点运算和几何变换的结果，比较不同参数条件下的变换效果；5、观察图像正交变换的结果，明确图像的空间频率分布情况。三、实验原理1、图像灰度直方图

2、、点运算和几何变换的基本原理及编程实现步骤图像灰度直方图是数字图像处理中一个最简单、最有用的工具，它描述了一 幅图像的灰度分布情况，为图像的相关处理操作提供了基本信息。图像点运算是一种简单而重要的处理技术，它能让用户改变图像数据占据的 灰度范围。点运算可以看作是“从象素到象素”的复制操作，而这种复制操作是 通过灰度变换函数实现的。如果输入图像为 A(x,y),输出图像为B(x,y),则点运 算可以表小为：B(x,y)=fA(x,y)其中f(x)被称为灰度变换(Gray Scale Transformation GST)函数，它描述了输入 灰度值和输出灰度值之间的转换关系。一旦灰度变换函数确定，

3、该点运算就完全 确定下来了。另外，点运算处理将改变图像的灰度直方图分布。点运算又被称为 对比度增强、对比度拉伸或灰度变换。点运算一般包括灰度的线性变换、阈值变 换、窗口变换、灰度拉伸和均衡等。图像几何变换是图像的一种基本变换，通常包括图像镜像变换、图像转置、 图像平移、图像缩放和图像旋转等，其理论基础主要是一些矩阵运算，详细原理 可以参考有关书籍。实验系统提供了图像灰度直方图、点运算和几何变换相关内容的文字说明， 用户在操作过程中可以参考。下面以图像点运算中的阈值变换为例给出编程实现 的程序流程图，如下：输入图像赋值02、图像正交变换的基本原理及编程实现步骤数字图像的处理方法主要有空域法和频域

4、法，点运算和几何变换属于空域法。 频域法是将图像变换到频域后再进行处理，一般采用的变换方式是线性的正交变 换（酉变换），主要包括傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、霍特林变换 和小波变换等。正交变换被广泛应用于图像特征提取、图像增强、图像复原、图 像压缩和图像识别等领域。正交变换实验的重点是快速傅立叶变换（FFT）,其原理过于复杂，可以参考 有关书籍，这里不再赘述。至于FFT的编程实现，系统采用的方法是：首先编制 一个一维FFT程序模块，然后调用该模块对图像数据的列进行一维 FFT,再对行 进行一维FFT,最后计算并显示幅度谱。程序流程图如下：行一维FFT四、实验内容图像灰度直方图点运算：图

5、像反色、灰度线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和灰度均衡几何变换：图像镜像变换、图像转置、图像平移、图像缩放和图像旋转正交变换：傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、霍特林变换和小波正 反变换一、/汪忠：1、所有实验项目均针对8位BMP灰度图像进行处理，其它格式（如 JPG）的图 像可以利用系统提供的图像格式转换工具进行转换，再进行处理；2、本次实验的重点是图像的灰度直方图和点运算 ，几何变换和正交变换只作一 般性了解。五、实验步骤以图像灰度阈值变换为例说明实验的具体步骤，其它实验项目的步骤与此类似。1、打开计算机，在系统桌面上双击“数字图像处理实验教学软件系统”的可执 行文件“图象处理”

6、的图标，进入实验系统；2、执行文件一打开，在OPEN寸话框中选择待处理的图像，按【OK后系统显示 出图像；3、执行查看一图像基本信息，将显示图像基本信息对话框，如图所示;55 5r手居激如母林学生烷至期中文陶-Couple1口 回.看:3 外阐 ke； ,皿m MBkHi -jjtfTwh(q 睇随 w匚同f .电i 品叁瞥 ri h|e f c-|m - g p|k -，|dtj |u 0 |=啥土Em A图雷基本信息:图像格式，日MP图像文件大小，1G777216Bylce实际校图融据大小UBylce图像宽度:25GPixels：图像高度，谢Pixels调色板颜色勘，256调色板大小1D2

7、4Bylcs设备水平分辨率，2&3A设蕾垂直分辨率，出4确定取消就福芍享4、执行查看一灰度直方图，查看图像的灰度直方图，如图所小;驯裒申青有时讴京掌实请至的中交陶-Cauplel5、执行图像变换一正交变换一傅立叶变换，查看图像的频率域分布情况，如图 所示；6、执行图像变换一正交变换一小波变换，查看图像经过小波变换的效果，如图 所示；7、执行图像变换一点运算一阈值变换，修改阈值变换对话框中的阈值参数，如 图所示；成植参敕.阈值；甑药说委述普设坐裔的图的下 一花当* 一 建T个的和分 明,s6L 一到若*更篁值反 杏案阑* 二用K政为 白臼福, 黑光工.谟 盾售值值lut出至方 口.要.:,.I先

8、E 条口4户度 5!用灰 稻 01 秋，很理傕 酊可值巾囱3 出字四堂处迪岐学立若至撷金之王I匚口 up间与原图像进行比较,8、设置完阈值参数后按【OK，系统显示阈值变换后的图像, 观察阈值变换的效果，如图所示；9、重复步骤4,查看阈值变换后图像的直方图分布情况;回 嘉落一要力的指 翳$，分，是需到 的-Su 一 一，.文南Bilg的具诙加药尿-誓，万:上了下-才 -E 布学 的累契像一俄直一曾任避区峡&磨舌制 5罂一反进E,度Z /的-2智护为度0-越后JE， 赞0t:率地理禁直况查 期素步兰为翟三姓赞.度甘定设备在一一L 万g-甲清叵匕r声十力一LJ活布一 k.! 奥具示机况、要由王 54

9、1受r克必用但.整度用，或的 明学青值髓r零嘱 .阮日京宜的一琵蜘R汪聒文定E_灰度期范围；下眼0一上限|瓯取梢喉口重复步骤5,查看阈值变换后图像的频率域分布情况;10、11、执行文件一保存或另存为，保存处理后的图像；12、执行文件一重新加载，重新加载原始图像，但要注意先前对图像的处理将会 丢失；汪忠：13、在执行步骤2时可能会出现有些图像文件不能打开的情况，如图所示，此时 可以先利用图像格式转换工具将图像文件转换为 8位BMF像，再利用系统 进行处理。步骤14和15是使用图像格式转换工具的方法；14、在桌面上双击图像格式转换工具 Jpg2bmp的图标，进入转换工具界面，如图 所示；15、按照

10、界面提示，把JPG格式的图像文件转换成8位BMF像。步骤13示意图步骤14示意图六、思考题1、图像灰度线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和灰度均衡之间有何 区别？灰度线性变换就是将图像的像素值通过指定的线性函数进行变换，以此增强或者减弱图像的灰度。灰度的阈值变换可以让一幅图像变成黑白二值图。灰度的窗口变换也是一种常见的点运算。它的操作和阈值变换类似。从实现 方法上可以看作是灰度折线变换的特列。窗口灰度变换处理结合了双固定阈 值法，与其不同之处在于窗口内的灰度值保持不变。灰度拉伸又叫做对比度拉伸，它与线性变换有些类似，不同之处在于灰度拉 伸使用的是分段线性变换，所以它最大的优势是变换函数可以

11、由用户任意合 成。灰度均衡是增强图像的有效方法之一。灰度均衡同样属于改进图像的方法， 灰度均衡的图像具有较大的信息量。从变换后图像的直方图来看，灰度分布 更加均匀。2、利用图像镜像和旋转变换可以实现图像转置吗？如果可以，应该怎样实 现？可以。进行一次镜像变换，顺（逆）时针旋转两次，再以与第一次相反的方 向镜像变换。实验二图像增强及复原实验七、实验条件PC机数字图像处理实验教学软件大量样图八、实验目的1、熟练使用“数字图像处理实验教学软件系统”；2、熟悉图像增强及复原的基本原理，了解编程实现的具体步骤；3、观察图像中值滤波、平滑、锐化和伪彩色编码的结果，比较不同参数条件 下的图像增强效果；4、观

12、察图像退化和复原的结果，比较不同复原方法的复原效果。九、实验原理1、图像增强和复原的基本原理对降质图像的改善处理通常有两类方法：图像增强和图像复原。图像增强不考虑图像降质的原因，只将图像中感兴趣的特征有选择地进行突 出，并衰减图像的次要信息，改善后的图像不一定逼近原始图像，只是增强了图 像某些方面的可读性，如突出了目标轮廓，衰减了各种噪声等。图像增强可以用 空域法和频域法分别实现，空域法主要是在空间域中对图像象素灰度值直接进行 运算处理，一般包括中值滤波、模板平滑和梯度锐化等，空域法可以用下式来描 述：g(x,y)= f(x,y)*h(x,y)其中f(x,y)是处理前图像，g(x,y)表示处理

13、后图像，h(x,y)为空间运算函数。图像增 强的频域法是在图像的频率域中对图像的变换值进行某种运算处理，然后变换回 空间域，系统涉及的各种滤波器属于频域法增强，这是一种间接处理方法，可以 用下面的过程模型来描述：政频域正变换修正系皆画过1Gt炉)嬲应变软 式X?其中：F(u,v尸即 f(x,y), G(u,v尸 F(u,v)H(u,v), g(x,y尸熊G(u,v),四和襄分 别表示频域正变换和反变换。实验系统提供了图像增强相关内容的文字说明，用 户在操作过程中可以参考。图像复原是针对图像降质的原因，设法去补偿降质因素，使改善后的图像尽 可能逼近原始图像，提高了图像质量的逼真度。关于图像复原的

14、详细原理可以参 考相关书籍，这里不再赘述。本系统提供了图像的噪声退化、卷积退化和运动模 糊退化操作，并提供了相应的逆滤波复原、维纳复原和运动模糊复原操作。本次实验中图像复原只作一般性了解。2、编程实现步骤下面以图像增强中的中值滤波操作为例给出编程实现的程序流程图，如下:指定中值滤波器调用中弱崛数T调用中值计篁函数十、实验内容图像增强：中值滤波、图像模板平滑、理想低通滤波器平滑、巴特沃斯低通 滤波器平滑、梯度锐化、拉普拉斯锐化、理想高通滤波器锐化、 巴特沃斯高通滤波器锐化和伪彩色编码图像复原：图像的噪声退化、卷积退化、卷积加噪声退化、运动模糊退化、 逆滤波复原、维纳复原和运动模糊复原一、/汪忠：

15、3、所有实验项目均针对8位BMP灰度图像进行处理；4、本次实验的重点是图像增强中的中值滤波和模板平滑，图像复原只作一般性了解。H一、实验步骤以图像中值滤波操作为例说明实验的具体步骤，其它实验项目的步骤与此类似。11、 打开计算机，在系统桌面上双击“数字图像处理实验教学软件系统”的可执行文件“图象处理”的图标，进入实验系统；12、 执行文件一打开，在OPEN寸话框中选择待处理的图像，按【OH后系统显示出图像；)I 0回 a13、 执行查看一图像基本信息，将显示图像基本信息对话框，如图所示9荔才需爆（甘定4s学空.隹至侨L中文版）-Couple1B77ZZ16 Bylcs Bylce Pixels

16、PixeVs 256TmBylcspiH号噌I国wi BixselsJnt图像基本信息: 图像格式1日MP 图豫文件大小二 实际校图融据大小， 图像宽度， 图像高度, 调色板颜殴i； 调色板大小 锻备水平分斛率， 设智垂直分钟率，取消M於714、 执行查看一灰度直方图，查看图像的灰度直方图，如图所小；53数才军激甘诉4s学交钱至拄L中文I图-(CcuplejB 由朋M WD fkH-HtQ *MBJ 13酬 WbtujQ 般京叁号 Ri H F l-CWUSGP N因像基本;图德格式，日MP 图像文件大小、 实际校图融据大小， 图像宽度， 图像高度, 调色板颜鬣外 调色板大小 设备水平分斛率，

17、 设备垂直分钟率，11242BM取消BylcBBylce Pixel bPixelsBylcspixselim15、 执行图像变换一正交变换一傅立叶变换,查看图像的频率域分布情况,如图所示；16、 执行图像增强一中值滤波，选择或自定义对话框中的滤波器参数，如图所示；致学至拿处理6字脸S统中文帐-CcUplTl图甲0图便吗如 图事莘原iR蚂摩分肝(情 打蝌初口 度噂更理5 gp(W) J3(bO 斗 . .一 一 ,_ 一 ”3f H 典鼐口值中的像图 菜图的若ar卷以于时 番隙但 且,中值滤波密st531中殖渔泼广1泡中情海彼广3m中值凝波自定义中值瞰滤波器高度，b微耀献i中心元素水平坐标：

18、pi 中心元源垂直空标：p一做 | 噌消 |17、 设置完滤波器参数后按【OK，系统显示中值滤波后的图像，与原图像进行比较，观察中值滤波的效果，如图所示；明过学到堂处理初学实控层海中交悦-口叩同一I回11Tl18、重复步骤4,查看中值滤波后图像的直方图分布情况;的苴饶屠囱.姓述七英鼎等传 的青，分，是 ,割电的一由善用.坐.一母.2二：吊清型门卜，.i国S!下照晚处我在学主粘于苑中立由.| - Couple明 说曰直由保声递个筑叫W正1k值更r的冢别；箧一世宜一窝.TF诲tRss 良瞿图选图度之鬣在HK1-2 %用到的和I重图皇_詹0- 搦里放：者图强“操友方，篇灰一品 至达图总-垣条百沅育！

19、志 的清函带副宴三 5 父耳示、累夏大羽h白若爱H 必用箱一强度用,我 k管偿布运怖.晋爰评韶7/砧近 座空度东点J白裔庄九雕玉篇灰度级范围下限 |n 一上限网-旗走19、重复步骤5,查看中值滤波后图像的频率域分布情况;10、执行文件一保存或另存为，保存处理后的图像；11、执行文件一重新加载，重新加载原始图像，但要注意先前对图像的处理将会 丢失。十二、 思考题1、图像中值滤波和模板平滑之间有何区别？图像平滑处理就是用平滑模板对图像进行处理，以减少图像的噪声。而中值 滤波是一种非线性的信号处理方法。2、图像增强和图像复原之间有何区别?图像增强：利用一定的技术手段，不用考虑图像是否失真（即原 始图像在变 换后可能会失真）而且不用分析图像降质的原因。