图像处理与识别实验指导书
《数字图像处理》实验指导书1
《数字图像处理》实验指导书前言本实验指导书可作为电子信息工程、通信工程、生物医学工程等专业《数字图像处理》课程的实验指导书。
实验指导书共提供了6个实验，要求在VB环境下实现。
实验名称与学时安排详见下表。
实验名称与学时安排表实验教学基本要求：1、在实验前，认真准备，熟悉和掌握相关实验内容的基本算法和程序设计技术。
2、根据实验目的和要求，按时认真完成各实验的上机操作。
3、实验结束后，要及时提交经调试正确的程序源代码、生成的可执行文件、实验报告书等文档。
实验一图象的读取保存及图像的二值化处理一、实验目的1、熟悉《数字图像处理》的实验平台。
2、了解VB对图像进行处理的基本方法。
3、熟悉彩色图像变成灰度图象以及灰度图像转换成二值图像的基本原理及处理过程。
二、实验准备1、复习彩色图像变成灰度图象以及灰度图像的二值化处理的基本原理。
2、阅读下列内容，了解VB对图像进行处理的基本方法。
（1）读取图像通过扫描仪、摄像机等输入计算机以.bmp、.ico或.wmf存储的图像文件，可用LoadPicture函数把图像文件装入窗体、图片框或图像框中，例如：picture1.picture=loadpicture(“c:\image\flower.bmp”)可以把路径为c:\image\flower.bmp的图像文件装入图片框picture1中。
为了使图片框的大小与图像相匹配，应将图片框的autosize属性设置为True。
（2）用Point方法获取彩色图像的颜色值Point方法的功能是获取图像上指定像素的颜色值。
格式为：Object.Point（x，y）其中，Object表示获取颜色的对象名，（x，y）为取得颜色的坐标位置。
Point 方法将指定位置的像素的颜色值返回一个长整形数。
例如，求图片框picture 1中图像在位置（x，y）的像素颜色值（col）时，可写为：dim col as longcol=picture1.Point（x，y）（3）用Pset方法画点Pset方法的功能是在指定的位置画一个指定颜色的点。
图像信号处理实验指导书
图 1.3
平面扫描传感器
2
1.1.1 CCD 摄像机特性：
1．电荷耦合器件 CCD 芯片被制造在一片光敏结晶硅片上，一个矩形的光电探测器（势阱）阵 列被制造在硅基片中。 在局部区域中产生的光电子被收容在最近的势阱中， 并作为一个电荷包沿一串势阱移动直到到达外部引出端。 2．CCD 摄像机的工作方式 被摄物体的图像经过镜头聚焦到 CCD 芯片上， CCD 根据光的强弱积累相应比 例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、 放大处理后， 形成视频信号输出。 视频信号连接到监视器或电视机的视频输 入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。 3．分辨率的选择 评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率， 其单位为线对， 即成像后可以分辨 的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为 380-480，其数值越 大成像越清晰。 一般的监视场合， 用 400 线左右的黑白摄像机就可以满足要 求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用 600 线的摄像机能得到更清晰的 图像。 4．成像灵敏度 通常用最低环境照度要求来表明摄像机的灵敏度， 黑白摄像机的灵敏度大多 是 0.02-0.5Lux(勒克斯),彩色摄像机多在 1Lux 的摄像机用于普通像机用于 普通的监视场合； 在夜间使用或环境光线较弱时， 推荐使用 0.02Lux 的摄像 机。与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。另外摄像机的灵 敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75 相当于 2.5Lux/F1.4。 5．电子快门 电子快门的时间在 1/50-1/100，000 秒之间，摄像机的电子快门一般设置 为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的 图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用 场合。 6．外同步与外触发 外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步， 它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了 实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号（C-sync）或复合视频 信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到室完整的连整的连续的一帧 图像，要实现这种功能，必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机， 如敏通公司的 MS-2821 等。 7．光谱响应特性 CCD 器件由硅材料制成， 对近红外比较敏感， 光谱响应可延伸至 1.0um 左右。 其响应峰值为绿光（550nm）。夜间隐蔽监视时，可以用近红外灯照明，人 眼看不清环境情况，在监视器上却可以清晰成像。由于 CCD 传感器表面有 一层吸收紫外的透明电极，所以 CCD 对紫外不敏感。彩色摄像机的成像单 元上有红、绿、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。 8．CCD 芯片的尺寸 CCD 的成像尺寸常用有有 1/2”，1/3”等，成像尺寸越小的摄像机的体积 可以做得更小些。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视通角越大。 3
《图像处理》实验指导书
现场考核（60%）+实验报告(40%)
七、实验报告
实验结束后，撰写实验报告，实验报告主题部分应包括：算法原理、程序流程、算法各部分主 要函数代码以及功能注释、运行结果四部分，每部分占实验报告的 10%，按照撰写情况打分。
《图像处理》实验二 图像增强பைடு நூலகம்
一、实验意义及目的
（1）进一步掌握图像处理工具 Matlab，熟悉基于 Matlab 的图像处理函数。 （2）掌握各种图像增强方法。
功能：实现两幅图像相除。
调用格式：
C=imdivide(A,B)。
四、参考代码
参考代码中实现了彩色图像的灰度化、旋转、缩放两种几何变换以及镜像及拼接。
Image1=imread('peppers.jpg'); %红绿通道互换 Image2=Image1; Image2(:,:,1)=Image1(:,:,2); Image2(:,:,2)=Image1(:,:,1); imshow(Image2); imwrite(Image2,'changecolor.jpg');
《图像处理》实验指导书
蔡利梅 编
信息与电气工程学院
学生实验守则
一、学生进入实验室必须遵守实验室的规章制度，遵守课堂纪律，保持实验室的安静和整洁，爱护 实验室的一切设施。 二、实验课前要认真预习实验指导书，写出实验预习报告，并经教师批阅后方可进行实验。 三、实验课中要遵守操作规程，不要带电连接、更改或拆除线路。线路接好后，经指导老师检查后， 方可接通电源进行实验。对于软件上机实验，不得随意删改计算机中原有的文件。 四、学生实验前对实验所用仪器设备要了解其操作规程和使用方法，凡因不预习或不按使用方法进 行操作而造成仪器设备损坏者，除书面检查外，按学校规定进行赔偿。 五、实验中主意安全，遇到事故应立即关断电源并报告教师检查处理。 六、实验完毕后要做好整理工作，实验数据必须经指导教师签阅后，才能拆除线路，并将仪器、设 备、凳子等按规定放好，经同意后方可离开实验室。 七、因故缺课的学生可向实验室申请一次补做机会。无故缺课或无故迟到（15 分钟以上）的不予补 做，该次实验无成绩；累计三次者，该实验课以不及格论，并不得参加该门理论课程的考试。 八、实验室仪器设备不能擅自搬动调换，更不能擅自带出实验室。
图象处理实验指导书终
实验一图像变换（验证性）1.实验目的熟悉图像的二维离散余弦变换和反变换；熟悉图像的二维离散傅立叶变换和反变换；2.实验内容图像的二维离散余弦变换和反变换及二维离散傅立叶变换和反变换熟悉下列模块函数:rgb2gray - Convert RGB image or colormap to grayscale.uint8 -Convert to unsigned 8-bit integer.dct2 - Compute 2-D discrete cosine transform.idct2 - Compute 2-D inverse discrete cosine transform.fft2 -Two-dimensional discrete Fourier Transformfftshift - Shift zero-frequency component to center of spectrumifftshift - Inverse fftshiftifft2 - Two-dimensional inverse discrete Fourier transform3.原理傅立叶变换是对线性系统进行分析的一个有力工具，它将图像从空域变换到频域，是我们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、噪声、显示点等的作用（效应）。
把傅立叶变换的理论同其物理解释相结合，将有助于解决大多数图像处理问题。
在数字图像处理中，输入图像和输出图像通常都是二维的，一般表示成二维数字矩阵，因此，这里直接讨论二维傅立叶变换、二维DFT、二维FFT。
二维M×N的DFT变换和逆DFT变换分别定义如下∑∑-=-=--=101)/2()/2(),(),(M i N k nk N j mi M j e e k i f n m F ππ其中，m=0，1，…，M-1；n=0，1，…，N-1。
∑∑-=-==1010)/2()/2(),(1),(M m N n nk N j miM j e en m F NMk i f ππ其中，m=0，1，…，M-1；n=0，1，…，N-1。
图像处理实验指导书
第一章系统介绍一．系统概述图像处理开发套件II是基于TMS320C6000数字信号处理器的图像／视频处理算法的开发平台。
同时还是可以集成各种图像／视频处理应用方面的相关设备。
采用该系统提供的硬件和软件，可以完成彩色/黑白图象的实时采集、显示和处理，将现有的算法转换为相应的应用，并在TMS320C6000数字信号处理器上实现，通过采集和显示终端来评估算法的效果。
该系统除了标准规范的高性能硬件外，同时提供常用的图像处理算法实例，提供良好的应用实例。
本系统应用于图象算法处理课程实验，也可应用于图象处理、图象识别、监控等场合。
二．系统构成和主要性能指标图象处理开发套件II由TMS320C6713DSK、视频板、实验箱、软件算法包、附件构成。
1.2.1 TMS320C6713DSK介绍TMS320C6713DSK套件（以下简称6713DSK），包括一块6713DSK板、+5V稳压电源、USB 电缆、光盘。
图1.1 6713DSK板原理框图6713DSK是一款具有高性能价格比的开发应用板卡。
板上采用高性能浮点数字信号处理器TMS320C6713，并集成了USB2.0仿真器。
1.2.2 视频板介绍该视频板主要基于TMS320C6000、C5000数字信号处理器开发设计。
信号接口完全和C6000、C5000应用板卡兼容，并和TI公司的EVM、DSK板兼容。
可以和C6000、C5000板卡结合完成图象处理，也可以独立使用。
完成视频信号采集、显示、处理。
●前端解码芯片：SAA7111●后端编码芯片：AL250●在线可编程大容量FPGA：逻辑时序控制,SDRAM控制，数据读写逻辑；●扩展SDRAM存储器，暂存图象●与TI公司TMS320C6713 DSK处理板接口● +5V 单电源供电图1.2 视频板功能框图图1.3 视频板接口示意图SW —电源开关 CON3—电源输入插口注意：单独使用时需+5V 稳压电源从CON3插件供电，这时开关SW3打到内侧， 当和TMS320C 6713 DSK 配合使用时，不需外部供电，这时将开关SW3外侧。
图像处理和模式识别
数字图像处理(MATLAB版)实验指导书(试用版)本实验指导书配合教材和课堂笔记中的例题使用姚天曙编写安徽农业大学工学院2009年4月试行目录实验一、数字图像获取和格式转换 2 实验二、图像亮度变换和空间滤波 6 实验三、频域处理7 实验四、图像复原9 实验五、彩色图像处理10 实验六、图像压缩11 实验七、图像分割13 教材与参考文献14《数字图像处理》实验指导书实验一、数字图像获取和格式转换一、实验目的1掌握使用扫描仪、数码相机、数码摄像级机、电脑摄像头等数字化设备以及计算机获取数字图像的方法；2修改图像的存储格式；并比较不同压缩格式图像的数据量的大小。
二、实验原理数字图像获取设备的主要性能指标有x、y方向的分辨率、色彩分辨率（色彩位数）、扫描幅面和接口方式等。
各类设备都标明了它的光学分辨率和最大分辨率。
分辨率的单位是dpi，dpi是英文Dot Per Inch的缩写，意思是每英寸的像素点数。
扫描仪扫描图像的步骤是:首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者图纸照片；然后启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。
为了均匀照亮稿件，扫描仪光源为长条形，并沿y方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。
至此，反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号，最后通过串行或者并行等接口送至计算机。
扫描仪每扫一行就得到原稿x方向一行的图像信息，随着沿y方向的移动，在计算机内部逐步形成原稿的全图。
扫描仪工作原理见图1.1。
图1.1扫描仪的工作原理在扫描仪的工作过程中，有两个元件起到了关键的作用。
一个是CCD，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。
图像处理和制版实验指导书10 (1)
实验三图像扫描分色一、实验目的和要求本实验为认知性实验。
旨在通过实习，使学生掌握扫描仪的基本操作；了解原稿的扫描输入方法，不同类型原稿扫描参数的设置方法，及相应设置对所获得图像的作用和影响；了解并掌握彩色图像分色的原理。
要求扫描三种不同类型的原稿（包括一幅彩色图像原稿），利用Photoshop将扫描的彩色图像有RGB模式转换为CMYK模式，对照原稿观察C、M、Y、K 各通道的图像信息，学会分辨各分色图像。
二、图像扫描分色原理图像扫描数字化的过程包括采样和量化两个过程，采样是将空间上连续的图像变换成离散点，并采集每一点的光信号，量化是将象素灰度转换成离散的整数值。
常用的扫描数字化仪器根据其扫描机理可以分为两类，其一是采用点扫描、以光电倍增管为核心转换器件的滚筒扫描仪；其二是以线或者是面阵扫描、以CCD或者是CMOS 为核心转换器件的平板扫描仪。
扫描时，图像原稿放置在扫描支承台（滚筒或者是平板）上，扫描仪的光源逐点/行照射原稿，扫描仪的光学/电子单元从原稿获取图像信息。
从原稿上反射或透射的图像光线经光学系统成像在光电转换器件上。
由于光电转换器件上具备红/绿/蓝三种滤色片，从原稿来的光线先被分解成红/绿/蓝光，再经光电转换器件转换成红/绿/蓝模拟电信号。
模/数转换器将模拟电信号转换成红/绿/蓝模拟电信号。
经过扫描软件和相关硬件的图像处理，得到数字图像数据。
数字图像数据经接口传送到计算机内，最终存储成数字图像文件。
在扫描过程中首先将彩色原稿各象素点反射或透射的三色混合色光分离成三种基本色光，即得到R、G、B三色光图像，经由软件将图像由RGB模式转换为CMYK模式。
三、实验过程1、试验准备（1）原稿准备印刷原稿只有反射稿和透射稿两大类。
反射线条原稿、反射连续调原稿、实物原稿和印刷品原稿均属于反射稿范畴。
透射原稿分透射线条原稿和透射连续调原稿两类。
透射线条原稿包括照相透射线条负片原稿、照相透射线条正片原稿和绘制透射连续调负片原稿、照相透射连续调正片原稿和绘制透射连续调原稿。
数字图像处理实验指导书ZCL
《数字图像处理与识别》赵乘麟编著邵阳学院信息工程系2009年6月实验一 数字图像读、写及基本统计指标一、实验目的1．掌握图像读写和运算的基本的方法。
2．学会利用MATLAB 编写程序进行图像的基本操作。
3．理解图像信息的含义。
二、主要仪器设备微机（CPU ：P4以上，128M 以上内存）Windows98以上操作系统、Visual C++、Matlab6.5以上版本等软件。
三、实验原理1．可以将一幅图像看成是一个二维矩阵。
2．Matlab 图像处理工具具有读、写和显示图像功能。
可采用imread 函数、imwrite 函数、imshow 函数，也可以自己编程。
3．计算图像的有关统计参数。
①图像的大小。
数值是宽度（M ，单位：像素）与高度（N ，单位：像素）的乘积。
②图像的灰度平均值。
是指所有灰度值的算术平均值，反应了一幅图像的平均亮度f 。
∑∑-=-==101),(1M x N y y x f MNf③协方差矩阵。
设计),(y x f 和),(y x g 是大小为M хN 的两幅图像，则两幅图像的协方差矩阵fg C 为：∑∑-=-=--=101]),(][),([1M x N y fg g y x g f y x f MNC协方差矩阵fg C 是两图像之间的相关程度的一种量度。
协方差矩阵为零时表明两图像之间相互独立，反之表示两图像之间相互依赖。
fg C 越大，相关程序越高。
若g f =，则单幅图像的协方差即为该图像的方差ff C 。
④图像的灰度标准差。
由于方差按数据的平方来计算，与灰度值相差太大，难以直观衡量，所以对方差开方得到标准差SD ，标准差是评价离散度的较好指标。
ff C SD =⑤图像的相关系数。
协方差可以作为两幅图像相关性的一种量度。
但它受两图像像素数值的影响。
因些，常将其归一化成相关系数。
两幅图像),(y x f 和),(y x g 的相关系数fgr 是描述图像相关程度的统计量，反映了两幅图像相互的线性联系密切程度。
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第一章、《图像处理与识别》课程实验大纲
课程编号：17z83060 学时：6 学时
一、课程实验教学目标
要求学生已有数学分析、向量、矩阵、概率、统计方面的基础知识和初步的计算机编程能力。通过本课 程的实验，要求学生通过改变基本图像处理算法的参数，观察图像处理结果，并能够总结出典型图像处理算 法的特点和应用场合，进一步巩固和掌握基本图像处理算法。通过综合运用典型图像处理算法，能够设计复 杂背景图像中典型几何原型的自动分割，培养和锻炼学生的创新意识和创新思维，提高动手能力和创新能力。
内容：设计复杂背景图像简单几何原型的自动分割方案，并编程实现。 编程语言：matlab、C、VC++ 设计型实验，通过所学图像处理算法，实现复杂背景圆、椭圆、四边形等简单几何原型的自动分割。
三、教学安排及方式
课堂实验分组进行，学生通过课外 VC++或者 MATLAB 编程实现实验二中的主要算法。
四、考核方式
enhancement, filters, signal-to-noise ratio, root-mean-square error, adding noise, color space conversion, image object labeling, creating and extracting bands from multi-band images, viewing phase-only images from FFT data, image statistics, halftone conversion (6 types).
提交实验设计报告，只提交实验二的设计报告，实验一的内容由任课教师课堂验收，作为平时成绩的依 据之一。
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第二章 CVIPtools 图像处理软件
CVIPtools 是美国 Southern Illinois University Edwardsville 开发的图像处理工具，它的主要目 的是让学生能够更好地掌握数字图像处理的基本算法。
《图像处理与识别》
实验指导书
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院
2008 年 5 月
目录 第一章、《图像处理与识别》课程实验大纲 ................................................ 2 第二章 CVIPtools 图像处理软件................................................................3 第三章 实验内容..........................................................................................4
基于图形界面的图像处理工具 Cviptools 的基本功能包括：
z Edge/Line detection and edge linking - Kirsch, pyramid, Sobel, Prewitt, Roberts, Laplacian, Frei-Chen, Hough transform.
二、教学内容及基本要求
主要内容包括两部分：第一部分是基于 CVIPTOOLS 图像软件处理平台，进行空间域和频率域增强以及 图像分割实验。第二部分是设计复杂背景图像简单几何原型的自动分割方案，并编程实现。安排 1 个综合型 系列实验和 1 个设计型实验，课堂为 6 学时＋课外，具体内容如下：
一：图像增强处理和分割综合实验（3 学时） 内容：在图像处理软件平台（CVIPTOOLS），进行空间域和频率域增强以及图像分割实验。
z Frequency domain filters - highpass, lowpass, bandpass, bandreject, high frequency emphasis, and notch. z Feature extraction - binary, RST-invariant, histogram, spectral and texture object features. z Feature analysis - Range-Normalization, Unit Vector Normalization, Standard Normal Density
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z Image geometry operations - copy-paste, translate, resize, rotate, zoom. z Utilities for arithmetic and logic oe image creation, image
1、 直方图均衡化实验； 2、 直方图匹配实验； 3、 图像锐化实验：高通滤波、高提升滤波、反锐化滤波、FFT 锐化、高频增强等（通过改变参数，
对不同的系列图像进行处理） 4、 图像平滑实验：均值滤波、高斯滤波和 FFT 平滑等 5、 图像分割实验：Sobel、prewit、Roberts、Laplaicn、Krish 边缘提取、Hough 变换、边缘连接等 6、 二值图像斑的特征描述：面积、中心、方向、周长、欧拉数和孔径比等计算 二：图像分割设计实验（3 学时）
z Morphological filters - binary iterative morphology, gray-scale and color erosion, dilation, opening, and closing.
z Two-dimensional fast transforms - Fourier (FFT), cosine (DCT), Haar, Walsh, Hadamard, wavelet transforms.
z Image segmentation - fuzzyc mean, histogram thresholding, median-cut, principal components transform/median cut, spherical coordinate transform/center split, gray level quantization, split and merge.
Normalization, Min-Max Normalization, Softmax Scaling, Euclidian Distance, City Block or Absolute Value Metric, Maxium Value Metric, Minikowski Distance, Vector Inner Product, Tanimoto Metric. z Pattern classification - nearest neighbor, K-nearest neighbor and nearest centroid. z Spatial domain image restoration - order filters, mean filters, adaptive filters. Filters included: median, adaptive median, minimum, midpoint, maximum, alpha-trimmed mean, arithmetic, geometric, harmonic, contra-harmonic, Yp-mean, minimum-mean-square-error, adaptive contrast. z Frequency domain image restoration filters - inverse, geometric mean, power spectrum equalization, constrained least squares, classic Wiener, parametric Wiener, practical Wiener. User specified degradation function and noise functions. z Noise functions - negative exponential, rayleigh, gaussian, gamma, salt and pepper noise functions. z Geometry transformation - user specified mesh. Nearest neighbor, bilinear and average interpolation. z Histogram-based image enhancement - histogram equalization, histogram slide, histogram shrink/stretch, local equalization, histogram hyperbolization, histogram specification, adaptive contrast filters (standard, logarithmic, exponential), gray-scale piecewise linear modification. z Pseudo-color enhancement - frequency domain mapping, gray level mapping, intensity slicing. z Spatial and frequency domain image smoothing and sharpening. z Image compression algorithms - bitplane run-length-coding, Huffman encoding, zonal coding, threshold coding, Ziv-Lempel, JPEG, differential predictive coding, block truncation coding, dynamic window-based run-length-coding, vector quantization, fractal, wavelet vector quantization. z Support for common image formats - Sun Raster, IRIX, GIF, TIFF, JPEG, PPM, PGM, PBM, EPS, ITEX, and others.