《数字图像处理》实验教学大纲20095-weigf

《数字图像处理》课程实验教学大纲电子信息工程教研室编信息与电子工程学院2009 年 5 月课程名称：数字图像处理课程编号：054411英文名称： Digital Image Processing 课程负责人：魏广芬课程性质：非独立设课课程属性：专业应开实验学期：第7学期学时学分：课程总学时---48 实验学时---8 课程总学分---2.5 实验学分---0实验者类别：本科生适用专业：电子信息工程、电子信息科学与技术先修课程：线性代数，信号与系统，数字信号处理，计算机仿真及应用一、课程简介数字图像处理是研究数字图像处理的基本理论、方法及其在智能化检测中应用的学科，本课程侧重于数字图像的基本处理理论和方法，并对图像分析的基本理论和实际应用进行系统介绍。

目的是使学生系统掌握数字图像处理的基本概念、基本原理、实现方法和实用技术，了解数字图像处理基本应用和当前国内外的发展方向。

要求学生通过该课程学习，具备解决智能化检测与控制中应用问题的初步能力，为在计算机视觉、模式识别等领域从事研究与开发打下扎实的理论基础。

二、课程实验教学的目的、任务与要求通过实验使学生加深对课堂上所学专业知识的认识，通过理论与实践相结合提高学生的动手能力。

要求学生利用所学知识完成对图像的锐化、模糊、加噪声、读取、变换等处理。

三、实验方式与基本要求实验方式：学生一人一机，独立实验，注意记录实验数据与结果分析。

基本要求：实验前，学生要认真预习实验任务，了解实验目的和实验内容；实验时，要认真上机，做好观察分析和记录；实验后，按要求编写实验报告。

四、实验项目设置序号实验编号实验项目名称实验内容提要实验时数实验类型实验类别实验要求每组人数1 01 图像处理的MATLAB基础MATLAB应用复习，图像读入和读出验证专业必修 12 02 空域图像增强图像灰度变换，直方图均衡，均值滤波和中值滤波验证专业必修13 03 图像频谱和频域增强图像二维傅里叶变换、图像频谱的意义，理想低通滤波综合专业必修 14 04 彩色图像处理彩色空间及其相互转换，彩色增强和滤波综合专业必修 15 05 边缘检测图像锐化和边缘检测，图像分割综合专业选修 1合计注：实验类型：1.演示/2.验证/3.综合/4.设计研究/5.其他；实验类别：1.基础/2.专业基础/3.专业/4.其它；实验要求：1.必修/2.选修/3.其它五、教材（讲义、指导书）：《数字图像处理》，冈萨雷斯著，阮秋琦等译，电子工业出版社，2007.8。

参考书：1．《图像处理》，章毓晋编，清华大学出版社，20052. Digital Image Processing，Castleman R K. 朱志刚等译，清华大学出版社1998六、实验报告要求每个实验均按统一格式编写实验报告。

实验报告内容包括：实验要求，典型程序流程图，程序清单，数据结果和分析讨论。

七、考试(考核)方式实验的考核由实验指导教师完成，本课程实验由学生单人独立完成，学生的实验成绩根据实验结果、实验中分析解决问题的能力、课堂纪律、预习情况、操作技能、数据分析能力等综合评估。

1.基本要求（1）学生在实验前认真预习准备实验。

复习教材中相关知识，并根据需要查找资料。

明确实验目的、任务，拟订实验方案，规划流程图。

（2）实验中认真分析实验结果，主动解决出现的问题，学会自主调试程序。

（3）实验结果进行分析研究，书写实验报告。

2.实验考核评价要求实验成绩＝实验过程（60％）＋实验报告（40％）八、使用说明本实验教学大纲适用于电子信息工程和电子信息科学与技术两个专业，按照课堂讲授进度可适当调节实验内容。

制定人：魏广芬审定人：批准人：批准日期：《数字图像处理》课程实验项目1一、实验项目名称及实验项目编号图像处理的MATLAB基础，054411－01二、课程名称及课程编号数字图像处理，054411三、实验目的通过本实验使学生掌握使用MATLAB进行数字图像处理的基本语句。

四、实验原理本实验是基于数字图像处理课程中的数字图像基本概念来设计的。

本实验的准备知识：MATLAB语言基础；数字图像的基本概念。

（一）图像数据文件格式图像数据文件的格式已有很多种，不同的系统平台和软件常使用不同的图像文件格式。

例如Macintosh机普遍使用MacPaint格式；Sun Microsystems支持Sun光栅格式；Photoshop下使用PSD 格式等。

目前常用的图像文件格式有：BMP格式，GIF格式，TIFF格式，JPEG格式等。

1、BMP(bitmap)格式，全称为Microsoft设备独立位图（device independent bitmap, DIP）bmp文件大体上分成四个部分，如图所示。

位图文件头BITMAPFILEHEADER位图信息头BITMAPINFOHEADER调色板Palette实际的位图数据ImageData第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，是一个结构，这个结构的长度是固定的，为14个字节(WORD为无符号16位整数，DWORD为无符号32位整数)，其定义和各个域的说明如下：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {WORD bfType; //指定文件类型，必须是0x424D，即字符串“BM”，也就是说所有.bmp文件的头两个字节都是“BM”。

DWORD bfSize; //WORD bfReserved1; //指定文件大小，包括这14个字节。

WORD bfReserved2; //为保留字，不用考虑DWORD bfOffBits; //为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图1中前三个部分的长度} BITMAPFILEHEADER;第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，这个结构的长度是固定的，为40个字节(LONG为32位整数)，其定义和各个域的说明如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{DWORD biSize; //指定这个结构的长度，为40。

LONG biWidth; //指定图象的宽度，单位是象素。

LONG biHeight; //指定图象的高度，单位是象素。

WORD biPlanes; //必须是1，不用考虑。

WORD biBitCount //指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为1(黑白二色图), 4(16色图), 8(256色), 24(真彩色图)(新的.bmp格式支持32位色，这里就不做讨论了)。

DWORD biCompression; //指定位图是否压缩，有效的值为BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS(都是一些Windows定义好的常量)。

要说明的是，Windows位图可以采用RLE4，和RLE8的压缩格式，但用的不多。

我们今后所讨论的只有第一种不压缩的情况，即biCompression为BI_RGB 的情况。

DWORD biSizeImage; //指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来：biSizeImage=biWidth’×biHeight要注意的是：上述公式中的biWidth’必须是4的整倍数(所以不是biWidth，而是biWidth’，表示大于或等于biWidth的，最接近4的整倍数。

举个例子，如果biWidth=240，则biWidth’=240；如果biWidth=241，biWidth’=244)。

如果biCompression 为BI_RGB，则该项可能为零。

LONG biXPelsPerMeter; //指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的象素个数。

LONG biYPelsPerMeter; //指定目标设备的垂直分辨率，单位同上。

DWORD biClrUsed; //指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为2biBitCount。

DWORD biClrImportant; //指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。

} BITMAPINFOHEADER;第三部分为调色板Palette，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。

有些位图，如真彩色图，前面已经讲过，是不需要调色板的，BITMAPINFOHEADER后直接是位图数据。

调色板实际上是一个数组，共有biClrUsed个元素(如果该值为零，则有2biBitCount个元素)。

数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构，占4个字节，其定义如下：typedef struct tagRGBQUAD {BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量BYTE rgbReserved; //保留值} RGBQUAD;第四部分就是实际的图象数据了。

对于用到调色板的位图，图象数据就是该象素颜在调色板中的索引值。

对于真彩色图，图象数据就是实际的R、G、B值。

下面针对2色、16色、256色位图和真彩色位图分别介绍。

对于2色位图，用1位就可以表示该象素的颜色(一般0表示黑，1表示白)，所以一个字节可以表示8个象素。

对于16色位图，用4位可以表示一个象素的颜色，所以一个字节可以表示2个象素。

对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个象素。

对于真彩色图，三个字节才能表示1个象素。

要注意两点：(1)每一行的字节数必须是4的整倍数，如果不是，则需要补齐。

(2)一般来说，.bMP文件的数据从下到上，从左到右的。

也就是说，从文件中最先读到的是图象最下面一行的左边第一个象素，然后是左边第二个象素……接下来是倒数第二行左边第一个象素，左边第二个象素……依次类推，最后得到的是最上面一行的最右一个象素。

一个位图文件只能存放一幅图像。

2、GIF(graphics interchange formate)格式一种公用的图像文件格式标准，是8位文件格式（一个像素一个字节），最多256色。

其图像数据均为压缩过的。

一般包括7个数据单元，分别为文件头，通用调色板，图像数据区，以及4个补充区。

一个GIF文件可以存放多幅图像（有利于实现动画）。

文件头中包含适用于所有图像的全局数据和分属于每幅图像的局部数据。

3、TIFF(tagged image formate file)格式一种独立于操作系统和文件系统的格式（在Windows环境、Macintosh机、Sun Microsystems 环境下都可用），便于在软件之间进行图像数据交换。

包括：文件头（数据存放顺序、文件目录的偏移信息等）、文件目录（给出文件目录项的个数、图像数据区的地址等）和文件目录项（图像数据区）该格式支持任意大小的图像。