数字图像处理实验三(邻域平均法和中值滤波)
数字图像处理实验 实验三 中值滤波
数字图像处理基础实验指导书
信息工程学院
2013年4月16日
实验三中值滤波
一．实验目的
1．熟悉matlab图像处理工具箱及中值滤波函数的使用；
2．理解和掌握中值滤波的方法和应用；
二．实验设备
1、PC机一台；
2、软件MATLAB；
三．实验内容及步骤
1. 启动matlab
双击桌面matlab图标启动matlab环境；
2. 在matlab命令窗口中输入相应程序。
书写程序时，首先读取图像，一般调用matlab 自带的图像，如:cameraman图像；给图像添加不同的噪声；再调用相应的图像增强（中值滤波）函数，设置参数；最后输出处理后的图像；
3．浏览源程序并理解含义；
4．运行，观察显示结果；
5．结束运行，退出；
四．实验参考程序及结果
在matlab环境中，程序首先读取图像，然后调用图像增强（中值滤波）函数，设置相关参数，再输出处理后的图像。
I = imread('cameraman.tif');
figure,imshow(I);
J1=imnoise(I,‘salt& pepper’,0.2);%添加椒盐噪声
J2= imnoise(I,‘gaussian’,0,0.005);%添加高斯噪声
J11=medfilt2(J1,[5,5]);
J22=medfilt2(J2,[5,5]);
figure,imshow(J11);
figure,imshow(J22);
五．实验报告要求
1、记录实验过程
2、给出完整结果（包括读入图像、加噪图像和滤波后的图像）。
实验三 图像的平滑与锐化
实验三图像的平滑与锐化（实验类型：综合性；学时：4）一、实验目的1. 理解图像空域滤波的基本原理及方法，学会采用邻域平均滤波、中值滤波等方法对图像进行平滑增强，以消除或尽量减少噪声的影响，改善图像质量；2. 理解图象锐化的概念，掌握常用空域锐化增强技术，学会编写程序对图像进行锐化增强，感受不同的模板对图像锐化效果的影响。
二、实验环境Matlab 7.0三、实验原理1. 图像平滑MATLAB图像处理工具箱提供了基于卷积的图像滤波函数filter2。
filter2的语法格式为：Y = filter2(h, X)其中Y =filter2(h,X)返回图像X经算子h滤波后的结果，默认返回图像Y与输入图像X大小相同。
fspecial函数用于创建预定义的滤波算子，其语法格式为：h = fspecial(type)h = fspecial(type, parameters)参数type指定算子类型，parameters指定相应的参数，具体格式为：type='average'，为均值滤波，参数parameters为n，代表模版尺寸，用向量表示，默认值为[3,3]。
type= 'gaussian'，为高斯低通滤波器，参数parameters有两个，n表示模版尺寸，默认值为[3,3]，sigma表示滤波器的标准差，单位为像素，默认值为0.5。
type= 'laplacian'，为拉普拉斯算子，参数parameters为alpha，用于控制拉普拉斯算子的形状，取值范围为[0,1]，默认值为0.2。
type= 'log'，为拉普拉斯高斯算子，参数parameters有两个，n表示模版尺寸，默认值为[3,3]，sigma为滤波器的标准差，单位为像素，默认值为0.5type= 'prewitt'，为prewitt算子，用于边缘增强，无参数。
type= 'sobel'，为的sobel算子，用于边缘提取，无参数。
数字图像处理实验报告（邻域平均法和中值滤波法）
数字图像处理实验报告（邻域平均法和中值滤波法）数字图像处理实验报告班级:姓名:学号:日期:邻域平均法和中值滤波处理一、实验目的图像变换是数字图像处理中的一种综合变换，如直方图变换、几何变换等。
通过本实验，使得学生掌握两种变换的程序实现方法。
二、实验任务请设计程序，分别用邻域平均法，其模板为：和中值滤波法对testnoise 图像进行去噪处理（中值滤波的模板的大小也设为3X 3）。
三、实验环境本实验在Windows 平台上进行，对内存及cpu 主频无特别要求，使用VC或者MINGW (gcc)编译器均可。
四、设计思路介绍代码的框架结构、所用的数据结构、各个类的介绍(类的功能、类中方法的功能、类的成员变量的作用)、各方法间的关系写。
在此不进行赘述。
五、具体实现实现设计思路中定义的所有的数据类型，对每个操作给出实际算法。
对主程序和其他模块也都需要写出实际算法。
代码：<邻域平均法>(3*3)#include#include#include#include "hdr.h" /* ------ 定义结构指针--- */struct bmphdr *hdr;// 定义用于直方图变量unsigned char *bitmap,*count,*new_color; /* ---- main() 函数编--- */ int main(){ //定义整数i，j 用于函数循环时的，nr_pixels 为图像中像素的个数int i, j ,nr_pixels,nr_w,nr_h; // 定义两个文件指针分别用于提取原图的数据和生成直方图均衡化后的图像FILE *fp, *fpnew; // 定义主函数的参数包括：输入的位图文件名和输出的位图文件名，此处内容可以不要，在DOS下执行命令的时候再临时输入也可，为了方便演示，我这里直接把函数的参数确定了。
//argc=3; //argv[1]="test.bmp"; //argv[2]="testzf.bmp"; // 参数输入出错显示/* if (argc != 3) {printf("please input the name of input and out bitmap files\n");exit(1);}*/// 获取位图文件相关信息// hdr = get_header(argv[1]); hdr = get_header("testnoise.bmp");if (!hdr) exit(1); // 以二进制可读方式打开输入位图文件fp = fopen("testnoise.bmp", "rb");if (!fp) {printf("File open error!\n");exit(1);} // 文件指针指向数据区域fseek(fp, hdr->offset, SEEK_SET)计算位图像素的个数nr_pixels = hdr->width * hdr->height;nr_w = hdr->width;nr_h = hdr->height;bitmap = malloc(nr_pixels);new_color = malloc(nr_pixels);count = malloc((nr_w+2)*(+nr_h+2));//读取位图数据到bitmap 中fread(bitmap, nr_pixels, 1, fp);fclose(fp);// 因为图像边缘无法使用邻域平均，所以根据邻近颜色填补图像的周围一圈，存入count[] 数组中// 中心图像存入count[] for(i=nr_w+3;i<(nr_w+2)*(+nr_h+2)-nr_w-3;i++) { j=i/(nr_w+2);if(i%(nr_w+2)!=0&&(i+1)%(nr_w+2)!=0) count[i]=bitmap[i-nr_w-1-2*j]; } // 填补第一排for(i=1;i} // 填补最后一排for(i=1;i} // 填补左边一排for(i=0;i} // 填补右边一排for(i=0;i<nr_h+3;i++)< p="">{ count[(i+1)*(nr_w+2)-1]=count[(i+1)*(nr_w+2)-2];}// 邻域平均3*3for(j=nr_w+3,i=0;j<(nr_w+2)*(+nr_h+2)-nr_w-3;j++) {if(j%(nr_w+2)!=0&&(j+1)%(nr_w+2)!=0)new_color[i]=(count[j]+count[j-1]+count[j+1]+count[j-nr_w-2]+count[j-1-nr_w-2]+count[j+1-nr_w-2]+count[j+nr_w+2]+count[j-1+nr_w+2]+count[j+1+nr_w+2])/9,i++; } //结果存入bitmap[] 中for (i = 0; i < nr_pixels; i++;bitmap[i]=new_color[i]; // 打开一个以输出文件名命名的文件,设为可写的二进制形式fpnew = fopen("test_lynoise.bmp", "wb+");// 由于位图文件的头部信息并没有因直方图均衡化而改变，因此输出图像的头部信息从原位图文件中拷贝即可：fwrite(hdr->signature, 2, 1, fpnew); fwrite(&hdr->size, 4, 1, fpnew);fwrite(hdr->reserved, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->offset, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->hdr_size, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->width, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->height, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->nr_planes, 2, 1, fpnew); fwrite(&hdr->bits_per_pixel, 2, 1, fpnew); fwrite(&hdr->compress_type, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->data_size, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->resol_hori, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->resol_vert, 4, 1, fpnew);fwrite(&hdr->nr_colors, 4, 1, fpnew); fwrite(&hdr->important_color, 4, 1, fpnew); if (hdr->offset > 54) fwrite(hdr->info, (hdr->offset - 54), 1, fpnew); // 直方图均衡化的数据(bitmap) 赋值fwrite(bitmap, nr_pixels, 1, fpnew);// 关闭fclose(fpnew);// 释放内存(优化程序必需) free(hdr);free(bitmap);</nr_h+3;i++)<>。
中值滤波和均值滤波
中值滤波和均值滤波中值滤波和均值滤波是数字图像处理中常用的两种滤波方法，它们在图像去噪和平滑处理中起着重要的作用。
本文将从原理、应用以及优缺点等方面介绍这两种滤波方法。
一、中值滤波中值滤波是一种非线性滤波方法，其基本原理是用像素点周围邻域内的中值来代替该像素点的灰度值。
中值滤波可以有效地去除图像中的椒盐噪声和脉冲噪声，同时能够保持图像的边缘信息。
其处理过程如下：1.选取一个模板，模板的大小根据噪声的程度来确定；2.将模板中的像素点按照灰度值大小进行排序，取其中位数作为中心像素点的灰度值；3.将中心像素点的灰度值替换为中值；4.重复以上步骤，对整个图像进行滤波。
中值滤波的优点是能够有效地去除椒盐噪声和脉冲噪声，同时保持图像的边缘信息。
然而，中值滤波也存在一些缺点，例如不能处理高斯噪声和均匀噪声，对图像细节信息的保护效果较差。
二、均值滤波均值滤波是一种线性平滑滤波方法，其基本原理是用像素点周围邻域内的平均值来代替该像素点的灰度值。
均值滤波可以有效地去除高斯噪声和均匀噪声，同时能够保持图像的整体平滑。
其处理过程如下：1.选取一个模板，模板的大小根据滤波效果来确定；2.计算模板内所有像素点的灰度值的平均值；3.将中心像素点的灰度值替换为平均值；4.重复以上步骤，对整个图像进行滤波。
均值滤波的优点是能够有效地去除高斯噪声和均匀噪声，同时能够保持图像的整体平滑。
然而，均值滤波也存在一些缺点，例如不能处理椒盐噪声和脉冲噪声，对图像细节信息的保护效果较差。
中值滤波和均值滤波在图像处理中各有优劣。
中值滤波适用于去除椒盐噪声和脉冲噪声，能够保持图像的边缘信息，但在处理高斯噪声和均匀噪声时效果较差。
而均值滤波适用于去除高斯噪声和均匀噪声，能够保持图像的整体平滑，但对于细节信息的保护效果较差。
在实际应用中，根据图像的特点和噪声的类型选择合适的滤波方法是很重要的。
如果图像受到椒盐噪声和脉冲噪声的影响，可以选择中值滤波进行去噪处理；如果图像受到高斯噪声和均匀噪声的影响，可以选择均值滤波进行平滑处理。
图像处理3种不同滤波方法比较(有源代码)
2.3.1 邻域平均法均值滤波邻域平均法是空间域平滑噪声技术，也是用消除噪声的最简单的方法，最简单的是将原图中一个像素的灰度值和它周围邻近8个像素的灰度值相加，然后将求得的平均值（除以9）作为新图中该像素的灰度值。
它采用模板计算的思想，模板操作实现了一种邻域运算，即某个像素点的结果不仅与本像素灰度有关，而且与其邻域点的像素值有关。
邻域平均法的用数学表达如公式2.2所示：,(i,j)∈M(2-2）g(i,j)=∑f(i,j)N其中f(i,j)为给定的含有噪声的图像， g(i,j)为经过邻域平均处理后的图像为，M是所取邻域中各邻近像素的坐标，是邻域中包含的邻近像素的个数。
邻域平均处理方法是以图像模糊为代价来减小噪声的，且模板尺寸越大，噪声减小的效果越显著。
如果是噪声点f(i,j)，其邻近像素灰度与之相差很大，采用邻域平均法就是用邻近像素的平均值来代替它，这样能明显消弱噪声点，使邻域中灰度接近均匀，起到平滑灰度的作用。
在实际应用中，可根据图像处理的要求、处理区域的大小和噪声的多少选择不同寸的模板，如3x3, 5x5, 7x7. 9x9等。
邻域平滑滤波方法程序设计简单，处理速度快并且能去除大部分的噪声，但是会导致图像模糊，特别是边缘部分[14]。
2.3.2 中值滤波中值滤波法是一种去除噪声的非线性处理技术，其基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。
中值滤波的特点即是首先确定一个以某个像素为中心点的邻域，一般为方形邻域，也可以为圆形、十字形等等，然后将邻域中各像素的灰度值排序，取其中间值作为中心像素灰度的新值，这里邻域被称为窗口，当窗口移动时，利用中值滤波可以对图像进行平滑处理。
与均值滤波相比，中值滤波能够比较好的实现在消除噪声的同时，图像边缘完好的保留。
在均值滤波器中，由于噪声成分被放入平均计算中，所以输出受到了噪声的影响，但是在中值滤波器中，由于噪声成分很难选上，所以几乎不会影响到输出，因此同样用3x3区域进行处理，中值滤波消除的噪声能力更胜一筹。
【精选】数字图像处理的邻域运算讲义
fx sin f y cos 0
tan
1
fy
f
x
或
梯度最大值 fx2 f y2
4 边缘检测
最简单的梯度近似计算为：
fx f i, j f i 1, j f y f i, j f i, j 1
m1 m1
3）常用边缘检测算子
Roberts算子：
fx2 fy2 fx fy
f i, j f i 1, j 1 f i 1, j f i, j 1
其卷积模板分别是：
0 1
1 0
H1 1 0 H2 0 1
3）中值滤波的优点
中值滤波能够在抑制随机噪声的同时不使边缘模糊。但对
于线、尖顶等细节多的图像不宜采用中值滤波。
3 中值滤波
例
有椒盐噪声的朱家角风光
用3*3的滤波窗口对上图做 二维中值滤波
4 边缘检测
1）什么是边缘检测
边缘是指图像中灰度发生急剧变化的区域。图 像灰度的变化可以用图像的梯度反映。
86 102 84 100 88 98 92 90 97 91 90 88
100 101 98 917 1020 791 96 106 103 925 839 672 87 121 87 914 827 721 86 133 99 103 85 75 92 99 111 102 78 74 95 102 121 111 112 73
角风光
角风光
2 平滑
2）高斯滤波（Gaussian Filters）
采用高斯函数作为加权函数。 原因一：二维高斯函数具有旋转对称性，保证滤波
数字图像处理
图像的平滑——邻域平均法和中值滤波一、 邻域平均法将原图中的一个像素的灰度值和它周围邻近8个像素即一个3*3的模板（当然也可以选择其他n*n 的模板）的灰度值相加，然后将求得的平均值作为新图像中该像素的灰度值。
可用如右图方法来表示该操作： 首先，这样操作会存在一个边界的问题： 设原图像为 经过模板操作后的图像为解决这个问题可以采用两种简单方法：一种方法是忽略图像边界数据， 另一种方法是在图像四周复制原图像边界像素的值，从而使卷积核悬挂在图像四周时可以进行正常的计算。
实际应用中，多采用第一种方法。
其次，是计算出来的像素值的动态范围问题， 对此可简单地将其值置为0或255即可。
设有一幅N ×N 的图像f(x,y)，若平滑图像为g(x,y),则有式中x,y=0,1,…,N-1； s 为（x,y ）邻域内像素坐标的集合； M 表示集合s 内像素的总数。
可见邻域平均法就是将当前像素邻域内各像素的灰度平均值作为其输出值的去噪方法。
例如，对图像采用3×3的邻域平均法，对于像素 （m,n)，其邻域像素如下：则有：这种算法简单，但它的主要缺点是在降低噪声的同时使图像产生模糊，特别在边缘和细节处。
而且邻域越大，在去噪能力增强的同时模糊程度越严重。
邻域平均法代码分析（3*3）： void CKuangjiaView::OnAverage() { BYTE*p,*q; int w,h; int i,j,temp;⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡1111*1111191⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡44444333332222211111⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--------------333222w=pDib->GetWidth();//获取宽度h=pDib->GetHeight();//获取高度p=pDib->GetData();q=new BYTE[w*h];//创建一个新的数组用来计算memcpy(q,p,w*h);//将图像信息拷贝到新数组中for(i=1;i<h-1;i++)for(j=1;j<w-1;j++)//忽略上下左右边界{temp=(q[(i-1)*w+(j-1)]+q[(i-1)*w+j]+q[(i-1)*w+(j+1)]+q[i*w+(j-1)]+q[i*w+j+1]+q[(i+1)*w+(j-1)]+q[(i+1)*w+j]+q[(i+1)*w+j+1])/8;//以(i,j)为中心的3*3个像素点*(p+i*w+j)=temp;//(i,j)新的像素大小}delete[] q;Invalidate();}二、中值滤波中值滤波是对一个滑动窗口内的诸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原来灰度值，因此它是一种非线性的图像平滑法。
邻域平均实验报告
一、试验内容：1．熟悉程序基本框架；2．读取位图，转换为灰度图；3．完成灰度图像的平滑和锐化处理。
二、试验方法：1. 图像平滑（1）邻域平均法算法思想：邻域平均法是用像素及其指定邻域内像素的平均值或加权平均值作为该像素的新值，以便除去突变的像素点，从而滤除一定的噪声。
本试验采用3*3高斯模板对图像进行处理，主要程序如下：void CWvltDoc::Onsmo(){// TODO: Add your command handler code hereLPBITMAPINFOHEADER lpBitmapInfoHeader = (LPBITMAPINFOHEADER)(m_pBitmap+14);//信息头LPBITMAPFILEHEADER lpBitmapFileHeader = (LPBITMAPFILEHEADER)m_pBitmap;//文件头unsigned char *lpData = m_pBitmap + lpBitmapFileHeader->bfOffBits;//指向实际位图信息数据unsigned long biHeight = lpBitmapInfoHeader->biHeight;unsigned long biWidth = lpBitmapInfoHeader->biWidth;unsigned long biAlign = ( biWidth*3+3) /4 *4;//实际宽度unsigned long bmSize = biHeight * biAlign;if (m_pTransfered == NULL)m_pTransfered = (unsigned char*)malloc(bmSize);if (m_pTransfered2 == NULL)m_pTransfered2 = (unsigned char*)malloc(bmSize);if (m_pTransfered2 == NULL)return ;int tem_height,tem_width,tem[3][3]={1,2,1,2,4,2,1,2,1};double tem_xishu;tem_height=3;tem_width=3;tem_xishu=16;int x, y, cur;for (y = 0; y < (int)biHeight; y++){for (x = 0; x < (int)biWidth; x++){cur = y*biAlign+3*x; //current pixel当前像素位置m_pTransfered[cur]=(lpData[cur]+lpData[cur+1]+lpData[cur+2])/3;m_pTransfered[cur+1]=m_pTransfered[cur];m_pTransfered[cur+2]=m_pTransfered[cur];}}for (int j = 0; j < (int)biHeight; j++){for (int i = 0; i < (int)biWidth; i++){cur = j*biAlign+3*i;m_pTransfered2[cur]=(m_pTransfered[cur-biAlign-3]*tem[0][0]+m_pTransfered[cur-3]*tem [0][1]+m_pTransfered[cur-3+biAlign]*tem[0][2]+m_pTransfered[cur-biAlign]*tem[1][0]+m_pTr ansfered[cur]*tem[1][1]+m_pTransfered[cur+biAlign]*tem[1][2]+m_pTransfered[cur-biAlign+3] *tem[2][0]+m_pTransfered[cur+3]*tem[2][1]+m_pTransfered[cur+3+biAlign]*tem[2][2])/tem_xi shu;m_pTransfered2[cur+1]= m_pTransfered2[cur];m_pTransfered2[cur+2]= m_pTransfered2[cur];}}UpdateAllViews(NULL);}（2）中值滤波法算法思想：把以某像素为中心的小窗口内的所有像素的灰度按从小到大排序，取排序结果的中间值作为该像素的灰度值。
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数字图像处理 实验三
邻域平均法(box 模板)和中值滤波处理
加入脉冲噪声后的图像： 去噪过程 结果图像
请设计程序，分别用邻域平均法，其模板为：
和中值滤波法对testnoise 图像进行去噪处理（中值滤波的模板的大小也设为3×3）。
得出实验结果图像后，比较这两种方法去噪的效果好坏，并分析具体原因。
完成上述工作后，使用程序进行验证分析：使用邻域平均法时，3×3和5×5模板大小对图像进行处理的效果有何差别并分析原因。
附加说明：程序框架可以参考第二次实验
指导书上给出的示例程序。
邻域平均法 中值滤波法
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡1111*1111191。