数字图像处理实验指导书

《课程名称》实验指导书适用专业:自动化课程代码: 84018091 学时: 6 学分: 0.5 编写单位:机械工程及自动化学院编写人:蒋代君审核人:审批人:目录实验一 Matlab图像处理工具箱的初步练习 .............................................................................................. - 2 - 实验二图像的空域处理方法 ....................................................................................................................... - 5 - 实验三图像的空域处理方法 ....................................................................................................................... - 8 - 实验四图像分割和目标识别 ..................................................................................................................... - 13 -实验一 Matlab图像处理工具箱的初步练习一、实验目的和任务1、初步了解与掌握MATLAB语言的基本用法；2、掌握MA TLAB语言中图象数据与信息的读取方法；3、掌握在MA TLAB语言中图像类型的转换。

二、实验仪器、设备及材料1、计算机2、MatLab软件/语言包括图像处理工具箱(Image Processing Toolbox)3、实验所需要的图片三、实验原理将数字图像的RGB表示转换为YUV表示；Y=0.30R+0.59G+0.11BU=0.70R-0.59G-0.11BV=-0.30R-0.59G+0.89B四、实验步骤1、阅读资料并熟悉MatLab的基本操作2、读取MATLAB中的图象数据3、显示MATLAB中的图象文件。

用MATLAB在自建的文件夹中建立m文件，在这个文件的程序中，将MA TLAB目录下work文件夹中的tree.tif 图象文件读出，用到imread，imfinfo等命令，观察一下图象数据，了解一下数字图象在MA TLAB中的处理就是处理一个矩阵的本质。

4、将3中的图象显示出来（用imshow）。

5、对MA TLAB目录下work文件夹中的flowers.tif进行真彩色图像、索引色图像、灰度图像、二值图像之间的相互变换，并显示。

6、进行真彩色图像RGB（lenacolor.jpg）、YIQ图像、HSV图像、YcbCr图像的相互转换，并显示。

五、实验报告要求1、描述实验的基本步骤；2、用图片给出步骤4、5、6中取得的实验结果；六、实验所需图片lenacolor.jpg七、实验注意事项1、学生应提前预习2、请大家在E盘建一个目录（matlab），在每次启动时都要将这个目录加入到MATLAB的搜索路径中，添加的方法为File----Set Path----Tool---Add Path八、思考题1、图像之间转换的基础是什么，为什么可以实现相互的转换九、附录MATLAB简介 (1)MATLAB全称是Matrix Laboratory（矩阵实验室），一开始它是一种专门用于矩阵数值计算的软件，从这一点上也可以看出，它在矩阵运算上有自己独特的特点。

实际上MATLAB中的绝大多数的运算都是通过矩阵这一形式进行的。

这一特点也就决定了MA TLAB在处理数字图像上的独特优势。

理论上讲，图像是一种二维的连续函数，然而在计算机上对图像进行数字处理的时候，首先必须对其在空间和亮度上进行数字化，这就是图像的采样和量化的过程。

二维图像进行均匀采样，就可以得到一幅离散化成M×N样本的数字图像，该数字图像是一个整数阵列，因而用矩阵来描述该数字图像是最直观最简便的了。

而MATLAB的长处就是处理矩阵运算，因此用MA TLAB处理数字图像非常的方便。

MATLAB支持五种图像类型，即索引图像、灰度图像、二值图像、RGB图像和多帧图像阵列；支持BMP、GIF、HDF、JPEG、PCX、PNG、TIFF、XWD、CUR、ICO等图像文件格式的读，写和显示。

MATLAB对图像的处理功能主要集中在它的图像处理工具箱（Image Processing Toolbox）中。

图像处理工具箱是由一系列支持图像处理操作的函数组成，可以进行诸如几何操作、线性滤波和滤波器设计、图像变换、图像分析与图像增强、二值图像操作以及形态学处理等图像处理操作。

1、MATLAB中图象数据的读取A、imreadimread函数用于读入各种图象文件，其一般的用法为[X，MAP]=imread(‘filename’,‘fmt’)其中，X，MAP分别为读出的图象数据和颜色表数据，fmt为图象的格式，filename为读取的图象文件（可以加上文件的路径）。

例：[X，MAP]=imread（’flowers.tif’,’tif’）;B、imwriteimwrite函数用于输出图象，其语法格式为：imwrite(X,map,filename,fmt)imwrite(X,map,filename,fmt)按照fmt指定的格式将图象数据矩阵X和调色板map写入文件filename。

C、imfinfoimfinfo函数用于读取图象文件的有关信息，其语法格式为imfinfo(filename,fmt)imfinfo函数返回一个结构info，它反映了该图象的各方面信息，其主要数据包括：文件名（路径）、文件格式、文件格式版本号、文件的修改时间、文件的大小、文件的长度、文件的宽度、每个像素的位数、图象的类型等。

例：imfinfo('rice.tif')2、MATLAB中图象文件的显示imshowimshow函数是最常用的显示各种图象的函数，其语法如下：imshow(X,map)其中X是图象数据矩阵，map是其对应的颜色矩阵，若进行图象处理后不知道图象数据的值域可以用[]代替map。

需要显示多幅图象时，可以使用figure语句，它的功能就是重新打开一个图象显示窗口。

例：I=imread(‘rice.tif’);Imshow(I);J=imread(‘flowers.tif’);figure,imshow(J);3、其它命令有rgb2gray 将RGB图像转换成灰度图像ind2gray 将索引色图像转换成灰度图像rgb2ind 将RGB图像转换成索引色图像ind2rgb 将索引色图像转换成RGB图像im2bw 将图像转换成黑白图像实验二 图像的频域处理方法一、实验目的和任务1、了解离散傅立叶变换的基本原理；2、掌握应用MA TLAB 进行Fourier 变换、反变换的算法实现，并初步理解Fourier 变换的物理意义。

二、实验仪器、设备及材料1、 计算机2、 MatLab 软件/语言包括图像处理工具箱(Image Processing Toolbox)3、 实验所需要的图片三、实验原理Fourier 变换Fouriern 逆变换四、实验步骤1、 用Fourier 变换算法，对简单图像line.bmp, yuan.bmp, twoyuan.bmp, juxing.bmp,xuanzhuan.bmp, pingyiy.bmp, pingyi.bmp 做Fourier 变换，体会从空域转换到频域的不同表现。

2、 对图像Lenna.bmp 作二维Fourier 变换；（可以采用快速Fourier 变换方法）3、 用Fourier 系数的幅度进行Fourier 反变换；4、 用Fourier 系数的相位进行Fourier 反变换；5、 比较2、3的结果，评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。

五、实验报告要求1、 描述实验的基本步骤；2、 用图片给出步骤1中取得的实验结果并进行必要的讨论；3、 评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度（选作）。

11001(,)(,)exp[2()/],,0,1,2,..,1N N x y F u v f x y j ux vy N u v N N π--===-+=-∑∑11001(,)(,)exp[2()/],x,y 0,1,2,..,1N N u v f x y F u v j ux vy N N N π--===+=-∑∑1222(,)[(,)(,F u v R u v I u v =+(,)arctan[(,),(,)].u v I u v R u v φ=相位谱： 能量谱： 22(,)(,)(,)E u v R u v I u v =+振幅谱：六、实验所需图片七、实验注意事项1、学生应提前预习2、由于实验室的管理规定所有的程序不能存在C盘和D盘，因此请大家在E盘建一个目录（matlab），在每次启动时都要将这个目录加入到MATLAB的搜索路径中，添加的方法为File----Set Path----Tool---Add Path八、思考题1、频谱对应的特征量代表的含义2、为什么图像对幅频特性和相频特性有不同的敏感度。

九、附录MATLAB简介 (2)1、MA TLAB提供的快速傅立叶变换函数（1）fft2fft2函数用于计算二维快速傅立叶变换，其语法格式为：B = fft2(I)B = fft2(I)返回图象I的二维fft变换矩阵，输入图象I和输出图象B大小相同。

例如，计算图象的二维傅立叶变换，并显示其幅值的结果，如图所示，其命令格式如下load imdemos saturn2imshow(saturn2)B = fftshift(fft2(saturn2));imshow(log(abs(B)),[],'notruesize')（2）fftshiftMATLAB提供的fftshift函数用于将变换后的图象频谱中心从矩阵的原点移到矩阵的中心，其语法格式为：B = fftshift(I)对于矩阵I，B = fftshift(I)将I的一、三象限和二、四象限进行互换。

（3）ifft2ifft2函数用于计算图象的二维傅立叶反变换，其语法格式为：B = ifft2(I)B = ifft2(A)返回图象I的二维傅立叶反变换矩阵，输入图象I和输出图象B大小相同。

其语法格式含义与fft2函数的语法格式相同，可以参考fft2函数的说明。