数字图像处理图像变换实验报告.

实验报告

实验名称：图像处理

姓名：刘强

班级：电信1102

学号：1404110128

实验一图像变换实验——图像点运算、几何变换及正交变换一、实验条件

PC机数字图像处理实验教学软件大量样图

二、实验目的

1、学习使用“数字图像处理实验教学软件系统”，能够进行图像处理方面的

简单操作；

2、熟悉图像点运算、几何变换及正交变换的基本原理，了解编程实现的具体

步骤；

3、观察图像的灰度直方图，明确直方图的作用和意义；

4、观察图像点运算和几何变换的结果，比较不同参数条件下的变换效果；

5、观察图像正交变换的结果，明确图像的空间频率分布情况。

三、实验原理

1、图像灰度直方图、点运算和几何变换的基本原理及编程实现步骤

图像灰度直方图是数字图像处理中一个最简单、最有用的工具，它描述了一幅图像的灰度分布情况，为图像的相关处理操作提供了基本信息。

图像点运算是一种简单而重要的处理技术，它能让用户改变图像数据占据的灰度范围。点运算可以看作是“从象素到象素”的复制操作，而这种复制操作是通过灰度变换函数实现的。如果输入图像为A(x,y)，输出图像为B(x,y)，则点运算可以表示为：

B(x,y)＝f[A(x,y)]

其中f(x)被称为灰度变换（Gray Scale Transformation，GST）函数，它描述了输入灰度值和输出灰度值之间的转换关系。一旦灰度变换函数确定，该点运算就完全确定下来了。另外，点运算处理将改变图像的灰度直方图分布。点运算又被称为对比度增强、对比度拉伸或灰度变换。点运算一般包括灰度的线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和均衡等。

图像几何变换是图像的一种基本变换，通常包括图像镜像变换、图像转置、图像平移、图像缩放和图像旋转等，其理论基础主要是一些矩阵运算，详细原理可以参考有关书籍。

实验系统提供了图像灰度直方图、点运算和几何变换相关内容的文字说明，用户在操作过程中可以参考。下面以图像点运算中的阈值变换为例给出编程实现的程序流程图，如下：

2、图像正交变换的基本原理及编程实现步骤

数字图像的处理方法主要有空域法和频域法，点运算和几何变换属于空域法。频域法是将图像变换到频域后再进行处理，一般采用的变换方式是线性的正交变换（酉变换），主要包括傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、霍特林变换和小波变换等。正交变换被广泛应用于图像特征提取、图像增强、图像复原、图像压缩和图像识别等领域。

正交变换实验的重点是快速傅立叶变换（FFT），其原理过于复杂，可以参考有关书籍，这里不再赘述。至于FFT的编程实现，系统采用的方法是：首先编制一个一维FFT程序模块，然后调用该模块对图像数据的列进行一维FFT，再对行进行一维FFT，最后计算并显示幅度谱。程序流程图如下：

四、实验内容

图像灰度直方图

点运算：图像反色、灰度线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和灰度

均衡

几何变换：图像镜像变换、图像转置、图像平移、图像缩放和图像旋转

正交变换：傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、霍特林变换和小波正反变换

注意：

1、所有实验项目均针对8位BMP灰度图像进行处理，其它格式（如JPG）的图

像可以利用系统提供的图像格式转换工具进行转换，再进行处理；

2、本次实验的重点是图像的灰度直方图和点运算，几何变换和正交变换只作一

般性了解。

五、实验步骤

以图像灰度阈值变换为例说明实验的具体步骤，其它实验项目的步骤与此类似。

1、打开计算机，在系统桌面上双击“数字图像处理实验教学软件系统”的可执

行文件“图象处理”的图标，进入实验系统；

2、执行文件→打开，在OPEN对话框中选择待处理的图像，按【OK】后系统显示

出图像；

3、执行查看→图像基本信息，将显示图像基本信息对话框，如图所示；

4、执行查看→灰度直方图，查看图像的灰度直方图，如图所示；

所示；

所示；

图所示；

观察阈值变换的效果，如图所示；

9、重复步骤4，查看阈值变换后图像的直方图分布情况；

10、重复步骤5，查看阈值变换后图像的频率域分布情况；

11、执行文件→保存或另存为，保存处理后的图像；

12、执行文件→重新加载，重新加载原始图像，但要注意先前对图像的处理将会

丢失；

注意：

13、在执行步骤2时可能会出现有些图像文件不能打开的情况，如图所示，此时

可以先利用图像格式转换工具将图像文件转换为8位BMP图像，再利用系统进行处理。步骤14和15是使用图像格式转换工具的方法；

14、在桌面上双击图像格式转换工具Jpg2bmp的图标，进入转换工具界面，如图

所示；

15、按照界面提示，把JPG格式的图像文件转换成8位BMP图像。

步骤13示意图步骤14示意图

六、思考题

1、图像灰度线性变换、阈值变换、窗口变换、灰度拉伸和灰度均衡之间有何

区别？

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。

灰度的阈值变换可以让一幅图像变成黑白二值图。

灰度的窗口变换也是一种常见的点运算。它的操作和阈值变换类似。从实现方法上可以看作是灰度折线变换的特列。窗口灰度变换处理结合了双固定阈值法，与其不同之处在于窗口内的灰度值保持不变。

灰度拉伸又叫做对比度拉伸，它与线性变换有些类似，不同之处在于灰度拉伸使用的是分段线性变换，所以它最大的优势是变换函数可以由用户任意合成。

灰度均衡是增强图像的有效方法之一。灰度均衡同样属于改进图像的方法，灰度均衡的图像具有较大的信息量。从变换后图像的直方图来看，灰度分布更加均匀。

2、利用图像镜像和旋转变换可以实现图像转置吗？如果可以，应该怎样实

现？

可以。进行一次镜像变换，顺（逆）时针旋转两次，再以与第一次相反的方向镜像变换。