数字图像实验报告讲解

数字图像实验报告学院：计算机与信息工程学院专业：通信工程学号：1008224072姓名：张清峰实验一图像增强—灰度变换专业：通信工程学号：1008224072姓名：张清峰一、实验目的：1、了解图像增强的目的及意义，加深对图像增强的感性认识，巩固所学理论知识。

2、学会对图像直方图的分析。

3、掌握直接灰度变换的图像增强方法。

二、实验原理及知识点术语‘空间域’指的是图像平面本身，在空间与内处理图像的方法是直接对图像的像素进行处理。

空间域处理方法分为两种：灰度级变换、空间滤波。

空间域技术直接对像素进行操作其表达式为g(x,y)=T[f(x,y)]其中f(x,y)为输入图像，g(x,y)为输出图像，T是对图像f进行处理的操作符，定义在点(x,y)的指定领域内。

定义点(x,y)的空间邻近区域的主要方法是，使用中心位于(x,y)的正方形或长方形区域，。

此区域的中心从原点(如左上角)开始逐像素点移动，在移动的同时，该区域会包含不同的领域。

T应用于每个位置(x,y)，以便在该位置得到输出图像g。

在计算(x,y)处的g值时，只使用该领域的像素。

灰度变换T的最简单形式是使用领域大小为1×1，此时,(x,y)处的g值仅由f 在该点处的亮度决定，T也变为一个亮度或灰度级变化函数。

当处理单设(灰度)图像时，这两个术语可以互换。

由于亮度变换函数仅取决于亮度的值，而与(x,y)无关，所以亮度函数通常可写做如下所示的简单形式：s=T(r)其中，r表示图像f中相应点(x,y)的亮度，s表示图像g中相应点(x,y)的亮度。

三、实验内容：1、图像数据读出2、计算并分析图像直方图3、利用直接灰度变换法对图像进行灰度变换下面给出灰度变化的MATLAB程序f=imread('C:\ch17\tu\6.jpg');g=imhist(f,256);imshow(g) %显示其直方图k=im2uint8(mat2gray(log(1+double(f))));figure,imshow(k) %使用对数变换减小动态范围。

g1=imadjust(f,[0 1],[1 0]); %灰度转换，实现明暗转换(负片图像)figure,imshow(g1)%将0.5到0.75的灰度级扩展到范围[0 1]g2=imadjust(f,[0.5 0.75],[0 1]);figure,imshow(g2)g=imread('C:\ch17\tu\1.jpg');h=log(1+double(g)); %对输入图像对数映射变换h=mat2gray(h); %将矩阵h转换为灰度图片h=im2uint8(h); %将灰度图转换为8位图figure,imshow(h)四、实验仪器PC一台，MATLAB软件五、实验结果图片Figure g Figure kFigure g1 Figure g2Figure h原图 1 原图2实验二图像增强—直方图变换专业：通信工程学号：1008224072 姓名：张清峰一、实验目的1．掌握灰度直方图的概念及其计算方法；2．熟练掌握直力图均衡化和直方图规定化的计算过程；3．熟练掌握空域滤波中常用的平滑和锐化滤波器；4．掌握色彩直方图的概念和计算方法5．利用MATLAB程序进行图像增强。

二、实验原理图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时，消弱或去除某些不需要的信息的处理方法。

其主要目的是处理后的图像对某些特定的应用比原来的图像更加有效。

图像增强技术主要有直方图修改处理、图像平滑化处理、图像尖锐化处理和彩色处理技术等。

本实验以直方图均衡化增强图像对比度的方法为主要内容，其他方法同学们可以在课后自行联系。

直方图是多种空间城处理技术的基础。

直方图操作能有效地用于图像增强。

除了提供有用的图像统计资料外，直方图固有的信息在其他图像处理应用中也是非常有用的，如图像压缩与分割。

直方图在软件中易于计算，也适用于商用硬件设备，因此，它们成为了实时图像处理的一个流行工具。

直方图是图像的最基本的统计特征，它反映的是图像的灰度值的分布情况。

直方图均衡化的目的是使图像在整个灰度值动态变化范围内的分布均匀化，改善图像的亮度分布状态，增强图像的视觉效果。

灰度直方图是图像预处理中涉及最广泛的基本概念之一。

图像的直方图事实上就是图像的亮度分布的概率密度函数，是一幅图像的所有象素集合的最基本的统计规律。

直方图反映了图像的明暗分布规律，可以通过图像变换进行直方图调整，获得较好的视觉效果。

直方图均衡化是通过灰度变换将一幅图像转换为另一幅具有均衡直方图，即在每个灰度级上都具有相同的象素点数的过程。

下面给出直方图均衡化增强图像对比度的MATLAB程序：I=imread('C:\ch17\tu\6.jpg'); % 读入原图像J=histeq(I); %对原图像进行直方图均衡化处理imshow(I); %显示原图像title('原图像'); %给原图像加标题名%对原图像进行屏幕控制；显示直方图均衡化后的图像figure;imshow(J);%给直方图均衡化后的图像加标题名title('直方图均衡化后的图像') ;%对直方图均衡化后图像进行屏幕控制；作一幅子图，并排两幅图的第1幅 figure; subplot(1,2,1) ;imhist(I,64); %将原图像直方图显示为64级灰度title('原图像直方图') ; %给原图像直方图加标题名subplot(1,2,2); %作第2幅子图imhist(J,64) ; %将均衡化后图像的直方图显示为64级灰度 title('均衡变换后的直方图') ; %给均衡化后图像直方图加标题名处理后的图像直方图分布更均匀了，图像在每个灰度级上都有像素点。

从处理前后的图像可以看出，许多在原始图像中看不清楚的细节在直方图均衡化处理后所得到的图像中都变得十分清晰。

三、 实验步骤1打开计算机，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调入“实验一”中获取的数字图像，并进行计算机均衡化处理；3显示原图像的直方图和经过均衡化处理过的图像直方图。

4记录和整理实验报告四、 实验仪器1．计算机； 2．MATLAB 程序；3．移动式存储器（软盘、U 盘等）； 4．记录用的笔、纸。

五、 实验报告内容1. 叙述实验过程；解答：1、认真学习课本，2、网上搜集资料，3、利用matlab 编程并不足之处修改，4、顺利完成实验并认真写实验报告。

2． 提交实验的原始图像和结果图像。

原图像直方图均衡化后的图像010020004原图像直方图010020004均衡变换后的直方图六、 思考题1． 直方图是什么概念？它反映了图像的什么信息？解答：直方图的概念为：一幅数字图像在范围[0,G]内总共有L 个灰度级，其直方图定义为离散函数h (r k )=n k ，其中r k 是区间[0,G]内的第k 级亮度，n k 是灰度级为r k 的图像中的像素数。

直方图是图像的最基本的统计特征，它反映的是图像的灰度值的分布情况。

只反映了该图像中不同灰度值出现的次数，而未反应某一灰度值像素所在的位置，即它只包含了该图像中某一灰度值的像素出现的概率，而丢失了其所在位置的信息。

2．直方图均衡化是什么意思？它的主要用途是什么？解答：直方图均衡化是指：采用累积分布函数（CDF ）变化生成一幅图像，该图像的灰度级较为均衡化，且覆盖了整个范围[0，1]，均衡化处理的结果是一幅扩展了动态范围的图像。

直方图均衡化就是通过灰度变换将一幅图像转换为另一幅具有均衡直方图，即在每个灰度级上都具有相同的象素点数的过程。

主要用途是：将一幅灰度分布集中在较窄区间，细节不够清晰的图像，修正后使图像的灰度间距增大或灰度分布均匀，令图像的细节清晰，达到图像增强的目的。

七、实验图片原图像实验三图像增强—空域滤波专业：通信工程学号：1008224072 姓名：张清峰一、实验目的进一步了解MatLab软件/语言，学会使用MatLab对图像作滤波处理，使学生有机会掌握滤波算法，体会滤波效果。

了解几种不同滤波方式的使用和使用的场合，培养处理实际图像的能力，并为课堂教学提供配套的实践机会。

二、实验要求(1)学生应当完成对于给定图像+噪声，使用平均滤波器、中值滤波器对不同强度的高斯噪声和椒盐噪声，进行滤波处理；能够正确地评价处理的结果；能够从理论上作出合理的解释。

(2)利用MATLAB软件实现空域滤波的程序：I=imread('C:\ch17\a.tif');%读入一幅图片I=rgb2gray(I); %将彩色图片换为黑白图J = imnoise(I,'gauss',0.02); %添加高斯噪声J = imnoise(I,'salt & pepper',0.02); %(注意空格) %添加椒盐噪声ave1=fspecial('average',3); %产生3×3的均值模版ave2=fspecial('average',5); %产生5×5的均值模版K = filter2(ave1,J)/255; %均值滤波3×3L = filter2(ave2,J)/255; %均值滤波5×5M = medfilt2(J,[3 3]); %中值滤波3×3模板N = medfilt2(J,[4 4]); %中值滤波4×4模板imshow(I);figure,imshow(J);figure,imshow(K);figure,imshow(L);figure,imshow(M);figure,imshow(N);三、实验设备与软件(1) IBM-PC计算机系统(2) MatLab软件/语言包括图像处理工具箱(Image Processing Toolbox)(3) 实验所需要的图片四、实验内容与步骤a) 调入并显示原始图像a.tif 。

b) 利用imnoise 命令在图像a.tif 上加入高斯(gaussian) 噪声c)利用预定义函数fspecial 命令产生平均(average)滤波器111191111---⎡⎤⎢⎥--⎢⎥⎢⎥---⎣⎦ d ）分别采用3x3和5x5的模板，分别用平均滤波器以及中值滤波器，对加入噪声的图像进行处理并观察不同噪声水平下，上述滤波器处理的结果；e ）选择不同大小的模板，对加入某一固定噪声水平噪声的图像进行处理，观察上述滤波器处理的结果。

f ）利用imnoise 命令在图像a.tif 上加入椒盐噪声(salt & pepper)g ）重复c)~ e ）的步骤h ）输出全部结果并进行讨论。