数字图像处理实验指导书2017

M g d [ f ( x, y ) b ] d M f b d c [ f ( x, y ) a ] c g ( x, y ) b a c a f ( x, y )
b f ( x, y ) M f a f ( x, y ) b 0 f ( x, y ) a


2
)e j1n e j2 n d1 d 2
*利用计算机进行傅立叶变换的通常形式为离散傅立叶变换，采用这种形式的傅立叶变换， 主要是由于：离散傅立叶变换的输入输出都是离散值，适合用计算机运算操作，并且可以提高 运算速度。 离散傅立叶变换的定义如下：
F (u , v)
1 MN
M 1 N 1 x 0 y 0
f ( x, y) exp[ j 2 (ux / M vy / N )]
二维傅立叶反变换公式如下：
f ( x, y )
M 1 N 1 u 0 v 0
F (u, v) exp[ j 2 (ux / M vy / N )]
其中 x 0,1,...M 1; y 0,1,..N 1 通常情况下，数字图像处理用像素方阵表示，即 M=N，此时二维傅立叶变换可简化为：
4)最后再调用函数 info=imfinfo('1s.bmp') 观查 1s.bmp 是否为索引图像 在 ColorType: 'indexed' 属性行如此显示，则说明以 1s.bmp 命名的文件为索引图像] 5）自己仿照以上操作完成索引图像到 RGB 图像的转换 索引图像到 RGB 图像转换的语句格式为:RGB=ind2rgb(X,MAP) 三、RGB 图像到二值图像的转换 启动 MATLAB，设置当前的工作路径 1)将一个 RGB 图片（如 1.jpg）变换成二值图像 2）输入如下命令完成转换 RGB=imread('1.jpg'); % 将图像“1.jpg”的数据赋给变量 RGB figure(3); % 设定显示窗口 3 imshow(RGB); % 显示原“1.jpg”文件 bw1=im2bw(RGB,0.5); % 阀值为 0.5 进行二值转换 bw2=im2bw(RGB,0.6); % 阀值为 0.6 进行二值转换 figure(1); % 设定显示窗口 1 imshow(bw1); % 显示索引图像 bw1 figure(2); % 设定显示窗口 2 imshow(bw2); % 显示索引图像 bw2 运行并观察结果和现象。 3）其他格式文件转换为二值图像，请自己编写程序完成。 四、实验报告要求 （1）有实验目的，实验内容，实验过程，实验结果及分析，实验小结。 （2）有较详细的图文说明
实验 2 图像增强
实验目的：掌握图像增强的方法。掌握如何用 matlab 工具实现图像增强。 实验内容：用 matlab 工具实现图像空间域和频率域增强，观察图像增强的效果，并对结果进行 分析。 实验方法：用 Matlab 编程实现。 一、 空间域变换增强--增强对比度 增强对比度是增强原图像的各部分的反差。 实际中往往是通过改变原图中某两个灰度值 之间的动态范围来实现的（如图 1） 。
《数字图像处理》
实验指导书
武汉理工大学 信息工程学院电子信息工程系 2017 年 3 月
本课程安排如下 4 次实验 实验 0 图像文件类型转换（自己课余时间完成）
实验 1 图像变换 实验 2 图像增强 实验 3 图像压缩 实验 4 图像滤波和边缘检测
实验 0 图像文件类型转换
实验目的：理解数字图像文件的几种基本类型； 掌握在 MATLAB 中进行图象文件类型转换的方法； 观察图象转换前后的效果； 加深对图像文件类型的理解； 熟悉图像格式、颜色系统间的转换。 实验内容：1）灰度图像与索引图像的相互转换； 2）RGB 图像与索引图像的相互转换； 3）将图像转换为二值化图像。 实验方法：利用 MATLAB 工具进行实验。 一、灰度图像到索引图像的转换 启动 MATLAB ，新建一个自己的工作文件夹（如下图中的“MYFIG”）。并把它设 置在当前的工作路径（Current Directory）下。
实验 1 图像变换
实验目的：掌握图像变换的方法，观察图像变换的效果，熟悉图像傅立叶变换。 实验内容：快速卷积实验，对图像进行傅立叶变换，卷积定理的验证； 实验方法：利用 MATLAB 图像处理工具箱进行实验。 一、傅立叶变换实验 1）理论基础 在图像处理的广泛应用领域中，傅立叶变换起着非常重要的作用，具体表现在图像分析， 图像增强和图像压缩方面。 设 f ( m, n) 是个离散空间中的二维函数，则该函数的二维傅立叶变换的定义如下：
imshow(RGB); figure(2); y=rgb2ind(RGB,256); imwrite(y,'1s.bmp'); imshow(y); 运行并观察结果和现象。
% % % % %
显示原“1.jpg”文件 设定显示窗口 2 包含 256 色，进行 RGB 图像到索引图像的转换 将索引图像保存到名为“1s.bmp”的文件中 显示索引图像
问题的关键是根据实际图像， 确定需要增大和减少的图像的灰度级范围， 即确定对应的
参数 a，b，c，d。 利用 MATLAB 图像处理工具箱进行实验。 参考的 MATLAB 代码： X1=imread('image.tif'); figure,imshow(X1) f0=0;g0=0; f1=70;g1=30; f2=180;g2=230; f3=255;g3=255; r1=(g1-g0)/(f1-f0); b1=g0-r1*f0; r2=(g2-g1)/(f2-f1); b2=g1-r2*f1; r3=(g3-g2)/(f3-f2); b3=g2-r3*f2; [m,n]=size(X1); X2=double(X1); for i=1:m for j=1:n f=X2(i,j); g(i,j)=0; if(f>=0)&(f<=f1) g(i,j)=r1*f+b1; elseif (f>=f1)&(f<=f2) g(i,j)=r2*f+b2; elseif (f>=f2)&(f<=f3) g(i,j)=r3*f+b3; end end end
N 1
u, v 0,1,...N 1
2）MATLAB 中提供的变换函数
（1）fft2:用于计算二维快速傅立叶变换，语句格式： B=fft2(I,m,n) 按指定的点数计算 m,返回矩阵 B 的大小为 m×n,不写默认为原图像大小。 （2）fftn:用于计算 n 维快速傅立叶变换 （3）fftshift:用于将变换后的图像频谱中心从矩阵的原点移到矩阵地中心，语法格式： B=fftshift(I) (4)ifft2:用于计算图像的二维傅立叶反变换，语法格式 B=ifft2(i) (5)ifftn:用于计算 n 维傅立叶变换 3）快速卷积实验：傅立叶变换一个重要特性是可以实现快速卷积。 设 A 为 M×N 矩阵，B 为 P×Q 的矩阵，快速卷积方法如下： *对 A 和 B 补 0，使其大小都为(M+P-1)×(N+Q-1) *利用 fft2 对矩阵 A 和 B 进行二维变换 *将两个 FFT 结果相乘，利用 ifft2 对得到的乘积进行傅立叶反变换 现在令 A=magic(3)，B=ones(3),请按上述步骤自行完成实验。 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 参考如下： 启动 MATLAB，在命令窗口中输入 A=magic(3); B=ones(3); A(8,8)=0; B(8,8)=0; C=ifft2(fft2(A).*fft2(B)); C=C(1:5,1:5); C=real(C) ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― （1）观察运行结果，并记录。 （2）调用 MATLAB 提供的卷积函数 conv2 进行验证，对比结果是否正确 C=conv2(A,B); C=C(1:5,1:5) 运行并对比记录结果。 4）图像的二维傅立叶变换实验 对一副灰度图片进行二维傅立叶变换，并且显示其幅度值 （1）启动 MATLAB，设置当前工作路径 （2）在当前路径下的文件夹中拷入个灰度图片，比如“ex2.jpg”文件。 （3）输入如下命令，完成实验 figure(1); RGB=imread('ex2.jpg'); imshow(RGB); figure(2); B=fftshift(fft2(RGB));
g(x,y) Mg d
c 0 a b Mf f(x,y)
图 2.1 增强对比度
从图 2.1 中可以看出，通过变换可以减少原图的较高（f（x，y）> b）的和较低（f（x， y）< a）的灰度值的动态范围，而增大在二者之间（a< f（x，y）<b）的动态范围，从而使 其在指定范围的对比度增加了。可以写成如下表达式，其中 Mf=Mg=255。
F (1 , 2 )

m n
f (m, n)e

j1n
e j2 n dmdn
其中 1 , 2 是频谱变量，单位是弧度/采样单元，周期都是 2 二维傅立叶反变换的定义如下：
f (m, n)
F ( ,
1
1 2
图 0.1 Matlab 启动运行界面
1)在该文件夹中拷入个灰度图片，比如“2.jpg”文件。 2)在 MATLAB 命令输入窗中，调用函数 info=imfinfo('2.jpg')观查 2.jpg 是否为灰度图像
图 0.2 Matlab 命令窗口运行界面
在 ColorType: 'grayscale' 属性行如此显示，则说明以 2.jpg 命名的文件为灰度图像。 3) 输入如下命令完成转换 RGB=imread('2.jpg'); % 将图像“2.jpg”的数据赋给变量 RGB figure(3); % 设定显示窗口 3 imshow(RGB); % 显示原“2.jpg”文件 figure(1); % 设定显示窗口 1 [RGB1,map1]=gray2ind(RGB,128); % 指定灰度级 128，进行灰度图像到索引图像转换 imshow(RGB1,map1) ; % 显示索引图像 1 figure(2); % 设定显示窗口 2 [RGB2,map2]=gray2ind(RGB,16); % 指定灰度级 16，进行灰度图像到索引图像转换 imshow(RGB2,map2) ; % 显示索引图像 2 imwrite(RGB1,map1,'3.bmp'); % 将索引图像 1 保存为名为“3.bmp”的文件 imwrite(RGB2,map2,'4.bmp'); % 将索引图像 2 保存为名为“4.bmp”的文件 运行并观察结果和现象。 4)最后再调用函数 info=imfinfo('3.bmp') 观查 3.bmp，4.bmp 和是否为索引图像 [在 ColorType: 'indexed' 属性行如此显示， 则说明以 3.bmp 或 4.bmp 命名的文件为索引图像] 5）自己仿照以上操作完成索引图像到灰度图像的转换 索引图像到灰度图像的转换的语句格式为:I=ind2gray(X,MAP) 二、RGB 图像到索引图像的转换 启动 MATLAB，设置当前的工作路径 1) 在当前工作文件夹中拷入个 RGB 图片，比如“1.jpg”文件。 2) 在 MATLAB 命令输入窗中，调用函数 info=imfinfo('1.jpg')观查 1.jpg 是否为 RGB 图像 [ColorType: 'truecolor'－－－－－－－－－－RGB 图像] 3）输入如下命令完成转换 RGB=imread('1.jpg'); % 将图像“1.jpg”的数据赋给变量 RGB figure(1); % 设定显示窗口 1