昆明理工大学数字图像处理课程综合报告(大作业)

数字图像处理课程综合报告

学生姓名：xxx

学号：2012xxxxxxxx

学院：理学院

专业年级：2012级电子信息科学与技术

指导老师：桂进斌

目录

实验二：反色与二值化： (3)

实验三：灰度变换 (5)

线性变化 (8)

指数变化 (9)

对数变换 (11)

实验四：图像几何变换 (12)

图像平移 (15)

图像旋转 (17)

水平镜像 (20)

垂直镜像 (21)

实验五：直方图均衡化 (22)

实验六：图像的平滑与锐化 (25)

均值滤波 (27)

中值滤波 (29)

梯度锐化 (32)

Sobel算子锐化 (33)

实验七：彩色图像处理 (34)

读取R分量 (34)

读取G分量 (36)

读取B分量 (38)

实验八：图像频域高通和低通滤波变换 (40)

低通滤波 (41)

高通滤波 (44)

实验二：反色与二值化：

图像的反色就是依次求出每个像素点的补色，由于用的是256位的图像，所以只需要使用255减去原本像素的色值即可。

图像的二值化，就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的只有黑和白的视觉效果。

在实验前期开发环境框架的搭建中就已经拿到图像在内存中的首地址存于Imgdata指针中，并开辟了一个用于存放处理后数据的内存空间Imgdata_tmp。在以后的图像处理算法中只需要直接对Imgdata指向的数据进行处理，并把处理结果存放在Imgdata_tmp中即可。

实现代码：

void MyBmp::Binaryzation(CDC *pDC){//binaryzation二值化if(m_DibHead==NULL)

MessageBox(NULL,"获取文件头失败！","错误",MB_OK);

if(m_hPalette!=NULL)

{

HDC hdc=pDC->GetSafeHdc();

::SelectPalette(hdc,m_hPalette,TRUE);

}

pDC->SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);

int x = m_DibHead->biWidth;

int y = m_DibHead->biHeight;

TmpBmp = new unsigned char[m_ImageSize];

memset(TmpBmp,255,x*y);

char temp;

int ccc = 0;

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

{

ccc++;

temp = *(m_Image+i*x+j);

if ((10*temp+10)>=255)

{

TmpBmp[i*x+j] = (char)255;

}

else

TmpBmp[i*x+j] = 0;

}

//memcpy(m_Image,TmpBmp,x*y);

二值化效果：

char temp;

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

{

temp = m_Image[i*x+j];

TmpBmp[i*x+j] = 255 - temp;

}

//memcpy(m_Image,TmpBmp,x*y);

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),500,0,((400<=(m_DibHead->biW idth))?400:(m_DibHead->biWidth))

,((400<=(m_DibHead->biHeight))?400:(m_DibHead->biHeight)),0,0, m_DibHead->biWidth,m_DibHead->biHeight,

TmpBmp,(LPBITMAPINFO)m_DibHead,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);

delete[] TmpBmp;

TmpBmp = NULL;

}

反色效果：

实验三：灰度变换

灰度线性变换是灰度变换的一种，图像的灰度变换通过建立灰度映射来调整源图像的灰度从而达到图像增强的目的。灰度映射通常是用灰度变换曲线来表示的，如图 7所示。

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。灰度线性变换的公式就是常见的一维线性函数：

g(x, y)=kf(x, y)+d

设x为原始灰度值，则变换后的灰度值y为：

也可以在坐标系中表示转化关系，如图 7所示。

图 7 灰度线性变换

图 7坐标中的横轴表示输入灰度值，范围是0至 255；纵坐标表示输出灰度值，范围同样是0至255；直线则为线性变换函数的图形。如果将输入灰度值作为自变量x，则输出的灰度值就是函数y=T(x) 的运算结果。对于线性变换而言，有T(x)=kx+d。例如图 7中的变换函数为T(x)=x，即原公式中的k=1，d=0。

由数学知识可以知道k表示直线的斜率，也就是倾斜程度；d为线性函数在y 轴的斜率。下面通过讨论k的取值来分析灰度线性变换的效果。

1）当k>1时

此时可用于增加图像的对比度。图像的像素值在变换后全部增大，整体显示效果被增强，如图 8所示。

图 8 变换后的图像、对应变换函数和直方图

可以看到，图像经过变换后，其灰度分布被拉伸了。读者可以与图 1中的直方图进行比较。

2）当k=1时

这种情况常用于调节图像亮度。亮度的调节就是让图像的各像素值都增加或者减少一定量。这种情况下可以通过改变d的值达到增加或者减少图像亮度的目的，如图 9所示。

图 9 利用线性变换改变图像亮度

可以看到，当d>0时图像亮度增加，反之则减少。对应直方图的显示效果是灰度分布整体向右或者向左平移。

3）当0

效果与k>1 时刚刚相反，图像的对比度和整体效果都被削弱。从图 10中的直方图可以看到，灰度分布被集中在一段区域上。k越小，图像的灰度分布越窄，图像看起来也就越偏灰色。

图 10 利用线性变换改变图像对比度

4）当k<0时

在这种情况下，源图像较亮的区域变暗，而较暗的区域会变亮。此时可以使函数中的k=-1，d=255让图像实现反色效果，如图 11所示。

图11 利用线性变换让图像反色

代码实现

线性变化

MyBmp::LinearTrans(CDC *pDC,int a,int b){//LinearTrans线性变化if(m_DibHead==NULL)

MessageBox(NULL,"获取文件头失败！","错误",MB_OK);

if(m_hPalette!=NULL)

{

HDC hdc=pDC->GetSafeHdc();

::SelectPalette(hdc,m_hPalette,TRUE);

}

pDC->SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);

int x = m_DibHead->biWidth;

int y = m_DibHead->biHeight;

TmpBmp = new unsigned char[m_ImageSize];

memset(TmpBmp,255,x*y);

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

{

if ((a*m_Image[i*x+j]+b)>=255)

{

TmpBmp[i*x+j] = 255;

}

else

TmpBmp[i*x+j] = a*m_Image[i*x+j]+b;

}

//memcpy(m_Image,TmpBmp,x*y);

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),500,0,((400<=(m_DibHead->biW idth))?400:(m_DibHead->biWidth))

线性变换效果：

指数变化

memset(TmpBmp,255,x*y);

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

{

double e = a;

int m = m_Image[i*x+j];

if ( (pow( e,m ))>=255 )

{

TmpBmp[i*x+j] = 255;

}

else

TmpBmp[i*x+j] = 100*pow( 1.0,m);

}

//memcpy(m_Image,TmpBmp,x*y);

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),500,0,((400<=(m_DibHead->biW idth))?400:(m_DibHead->biWidth))

,((400<=(m_DibHead->biHeight))?400:(m_DibHead->biHeight)),0,0, m_DibHead->biWidth,m_DibHead->biHeight,

TmpBmp,(LPBITMAPINFO)m_DibHead,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);

delete[] TmpBmp;

TmpBmp = NULL;

}

指数变换效果：

对数变换

void MyBmp::Log10(CDC *pDC)

{

if(m_DibHead==NULL)

MessageBox(NULL,"获取文件头失败！","错误",MB_OK);

if(m_hPalette!=NULL)

{

HDC hdc=pDC->GetSafeHdc();

::SelectPalette(hdc,m_hPalette,TRUE);

}

pDC->SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);

int x = m_DibHead->biWidth;

int y = m_DibHead->biHeight;

TmpBmp = new unsigned char[m_ImageSize];

memset(TmpBmp,255,x*y);

for (int i = 0;i

for (int j = 0;j

{

float m = m_Image[i*x+j]*1.0;

TmpBmp[i*x+j] =

50*log( static_cast(m_Image[i*x+j]) );

}

//memcpy(m_Image,TmpBmp,x*y);

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),500,0,((400<=(m_DibHead->biW idth))?400:(m_DibHead->biWidth))

,((400<=(m_DibHead->biHeight))?400:(m_DibHead->biHeight)),0,0, m_DibHead->biWidth,m_DibHead->biHeight,

TmpBmp,(LPBITMAPINFO)m_DibHead,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);

delete[] TmpBmp;

TmpBmp = NULL;

}

对数变换效果：

实验四：图像几何变换

图像几何变换的一般表达式：

[u,v]为变换后图像像素的笛卡尔坐标，[x,y]为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变换后图像的像素的对应关系。

如果,则有，即变换后图像仅是原图

像简单拷贝。

平移原理：在图像平移是将一幅图像中所有的点都按照指定的平移量在水平、

平移的直角坐标公式：图像的平移非常简单，所用到的是中学学过的直角坐标系的平移变换公式：

?

?

?

?

+

=

?

+

=

y

y

y

x

x

x

平移的齐次坐标公式：变换前后图像上的点P0(x0, y0)和P(x1, y1)

之间的关系可以用如下的矩阵变换表示为：

图像的平移示意图

图像的镜像

y1=y0

图像的旋转理论基础

图像的旋转是指以图像中的某一点为原点以逆时针或顺时针的方向旋转一定的角度。

图像的旋转变换也可以用矩阵变换表示。设点P0(x0, y0)

旋转α角后的对应点为P(x, y)。

直角坐标系的图像旋转

旋转公式：将输入图像绕笛卡尔坐标系的原点逆时针旋转角度，则变换后图像的坐标为：

这个计算公式计算出的值为小数，而坐标值为正整数。

这个计算公式计算的结果值所在范围与原来的值所在的范围不同。

因此需要前期处理：扩大画布，取整处理（解决小数问题），平移处理（解决负数问题）

注意是逆时针转角

上式写成齐次坐标为：

?

?

?

+

=

-

=

θ

θ

θ

θ

cos

sin

'

sin

cos

'

y

x

y

y

x

x

????

?

????????

??

???????-=???

???????11000cos sin 0sin cos 100y x y x θθθθ

其中，θ角度由正负之分，即点P 在XY 平面的内绕原点逆时针旋转所形成的角度为正，反之为负。 代码实现： 图像平移

void MyBmp::Smooth(CDC *pDC,int len) {

if(m_DibHead==NULL) MessageBox(NULL,"获取文件头失败！","错误",MB_OK); if(m_hPalette!=NULL) {

HDC hdc=pDC->GetSafeHdc();

::SelectPalette(hdc,m_hPalette,TRUE); }

pDC->SetStretchBltMode(COLORONCOLOR); int x = m_DibHead->biWidth; int y = m_DibHead->biHeight; ////----------------------

struct M_panning_length{ int delta_x; int delta_y; };

M_panning_length m_panning_length = {0,0}; if (len>5) {

m_panning_length.delta_x = (len-5)*30; m_panning_length.delta_y = (len-5)*30; }

long widthPix,heightPix;

widthPix=m_DibHead->biWidth; heightPix=m_DibHead->biHeight; // float tmp;

LPBYTE m_Image_temp=(LPBYTE) new char[m_ImageSize]; memset(m_Image_temp,255,m_ImageSize);

//memcpy(m_Image,m_Image_backup,m_ImageSize);

int count=0;

int old_y;

int old_x;

int old_position;

int new_position;

int ff = 0;

if(len>5)

ff = 2;

if(len<=5)

ff = 1;

switch (ff)

{

case 1:{

for(int i=0;i

for(int j=0;j

{

old_y=i;

old_x=j;

old_position=i*widthPix+j;

int nxx;

nxx=old_x-m_panning_length.delta_x;

if(nxx<0)

continue;

count++;

new_position=i*widthPix+nxx;

m_Image_temp[new_position]=m_Image[old_position];

}

}

break;

case 2:{

for(int i=0;i

for(int j=0;j

{

old_y=i;

old_x=j;

old_position=i*widthPix-1+j;

int nxx;

nxx=old_x+m_panning_length.delta_x;

if(nxx>widthPix-1)

continue;

count++;

new_position=i*widthPix-1+nxx;

m_Image_temp[new_position]=m_Image[old_position];

平移效果：

图像旋转

{

HDC hdc=pDC->GetSafeHdc();

::SelectPalette(hdc,m_hPalette,TRUE);

}

pDC->SetStretchBltMode(COLORONCOLOR);

int x = m_DibHead->biWidth;

int y = m_DibHead->biHeight;

//--------------------------

long widthPix,heightPix;

widthPix=m_DibHead->biWidth;

heightPix=m_DibHead->biHeight;

// float tmp;

LPBYTE m_Image_temp=(LPBYTE) new char[m_ImageSize];

memset(m_Image_temp,255,m_ImageSize);

int count=0;

int old_y;

int old_x;

int old_position;

int new_position;

float nxx;

float new_x;

float new_y;

//nxx=(M_PI)*10/180;

nxx=(M_PI)*angle/180;

for(int i=0;i

for(int j=0;j

{

old_y=i;

old_x=j;

old_position=i*widthPix+j;

//old_position=3*i*widthPix+j*3;//真彩色

new_x=(old_x-widthPix/2)*cos(nxx)-(old_y-heightPix/2)*sin(nxx) +widthPix/2;

new_y=(old_y-heightPix/2)*cos(nxx)+(old_x-widthPix/2)*sin(nxx) +heightPix/2;

if(new_x<0||new_y<0||new_x>widthPix-1||new_y>heightPix-1)

continue;

new_position=((int)new_y)*widthPix+((int)new_x);

m_Image_temp[old_position]=m_Image[new_position];

m_Image_temp[old_position+1]=m_Image[new_position+1];

m_Image_temp[old_position+2]=m_Image[new_position+2];

}

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),500,0,((400<=(m_DibHead->biW idth))?400:(m_DibHead->biWidth))

,((400<=(m_DibHead->biHeight))?400:(m_DibHead->biHeight)),0,0, m_DibHead->biWidth,m_DibHead->biHeight,

m_Image_temp,(LPBITMAPINFO)m_DibHead,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY); }

旋转效果：

void MyBmp::MirHor(CDC *pDC)

{

LPBYTE Imgdata_tmp = (LPBYTE) new char[m_ImageSize];

LPBYTE Imgdata = m_Image;

long w,h;

long i,j;

w=m_DibHead->biWidth;

h=m_DibHead->biHeight;

//::MessageBox(NULL,"heooo","hshh",MB_OK);

for(i=0;i

for(j=0;j

{

Imgdata_tmp[i*w+w-j-1]=Imgdata[i*w+j];

}

::StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),500,0,((400<=(m_DibHead->biW idth))?400:(m_DibHead->biWidth))

,((400<=(m_DibHead->biHeight))?400:(m_DibHead->biHeight)),0,0, m_DibHead->biWidth,m_DibHead->biHeight,

Imgdata_tmp,(LPBITMAPINFO)m_DibHead,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);

delete Imgdata_tmp;

}

水平镜像效果：