图像测量实验讲义

中国科学技术大学高水平大学教学建设专项

图象测量

实验指导书

杨明编

中国科学技术大学自动化系

智能信息处理实验室

二零零二年五月

实验课程概况及基本要求

一、实验基本目的

二、实验原理

三、实验基本内容

四、实验基本要求

实验一、图像的采集和存储

实验二、图像平滑和图像增强

实验三、图像的边缘检测

实验四、图像的二值化和细化

实验五、图像测量应用实例——面积测量

实验六、图像测量应用实例——区域边界抽出和周长计算实验七、摄像机校准的综合参数法

附录、实验中可能用到的matlab函数介绍

实验课程概况及基本要求

一、实验基本目的

通过《图像测量》实验，让学生熟练掌握用计算机、图像采集卡、摄像头搭建一个简单的图像测量系统的方法，并熟悉图像采集卡和摄像头的用法。然后让学生用各种方法实现一些常见和常用的图像处理和图像测量的算法和过程，从而深刻理解图像处理和图像测量的原理和实现方法，并能为在今后的学习和工作中建立起实际运行的图像测量系统打下良好的基础。

二、实验原理

图像测量是指从输入图像中检测出被测对象并确定出其相应的有关参数或者特性的过程。由于各种原因，由实际的光学成像系统所生成的二维图像中可能包含有各种各样的随机噪声和畸变。为了提高测量系统的性能，得到正确的测量结果，在进行具体测量之前需要对输入图像进行加工、处理。去除输入图像中可能包含的噪声和畸变。这种突出有用信息，抑制无用信息，从而提高输入图像整体质量的技术，被称为图像的预处理。

经过预处理，不仅可以改善输入图像的质量，而且也为从输入图像中正确地检测除被测对象，并提供后续测量所需要的有关信息打下基础。在整个图像测量过程中，除了要对图像进行预处理之外，为了贯彻测量的意图，还经常需要从图像中抽取诸如边缘、直线段等特征信息；不仅如此，有时甚至需要对图像进行领域分割计算，所有这些处理都要用到相关地图像处理技术。

三、实验基本内容

本《图像测量》实验一共安排了七个。

实验一是图像的采集和存储，主要学习的是使用摄像头和图像采集卡在计算机上采集彩色和灰度图像的方法，并采集一些后续实验将要用到的图像。

实验二即图像平滑和图像增强，主要是利用一些常用的图像平滑和增强的算法来实现对采集到的图像进行平滑和增强处理以去除噪声并增强图像的轮廓边缘等细节信息。

实验三即图像的边缘检测，就是从前面实验中采集并经过处理的图像中抽出线、检出图像边缘或抽出图像轮廓等操作，可以使用教材中介绍的一阶微分算子法、梯度算子法、二阶微分算子法、LOG算子法，也可以使用实验讲义中介绍的smoothed算子法。

实验四即图像的二值化和细化，主要是利用图像的灰度直方图以确定相应的分割阈值，从而将图象划分为物体和背景两个部分，在本实验中主要是利用类判别分类法和S.Watanabe 方法选择阈值从而将图像二值化，并利用实验讲义介绍的方法对经过边缘检测并已经二值化的图像进行细化操作。

实验五即图像测量应用实例之一的面积测量，主要是利用标号法计算图像中的局部面积。对不同图像进行标号操作的方法有很多，本实验中可以采用实验讲义中给出的扫描标号法和递归搜索法。

实验六即应用实例之一的区域边界抽出和周长计算，即利用实验讲义给出的算法对二值化图像进行边界抽出和边界周长的计算。

实验七即摄像机校准的综合参数法，由于这个实验要完全实现具体的校准过程比较复杂，所以只要求学生详细阐述在当前的实验环境下怎么样利用该方法对摄像机进行校准的方法和过程，可以不实现具体的校准过程。

●视频输入为标准PAL、NTSC或SECAM制信号

●六路复合视频输入为选择或三路Y/C输入选择

●亮度、对比度、色度、饱和度软件可调。

●图像采集分别率最大为768*576。

●具有开窗处理功能，窗口可为方形，也可利用点屏蔽做任意形状窗口处理

●硬件完成输入图像比例缩小

●具有硬件镜像反转功能

●具有硬件线性虚拟地址映射能力

●支持RGB32，RGB24，RGB16，RGB15，RGB8，YUV16，YUV12，YUV9，黑

白图像GRAY8等图像格式

●视频A/D为8bits。

●可采集单场，单帧，间隔几帧，连续相邻帧的图像，精确到场

●一路监辅输出

二、实验内容：掌握使用上述仪器采集彩色和灰度图像的方法，并采集几种背景比较简单，前景为几个简单几何图形的灰度图像。

三、实验步骤：

1、将稳压电源线与摄像头电源输入终端连接，其中稳压电源线的白线接+12V端，黑

线接GND端。

2、用数据线连接图像采集卡和摄像头，其中数据线接摄像头的VIDEO OUT连接口。

3、运行计算机上安装的OK DEMO程序，在设置中调整相关参数，并调整摄像头的位

置和相关参数，采集需要的图像文件。

实验二图像平滑和图像增强

一、实验原理：

1、图像的平滑处理就是为了消除图像中存在的噪声而对图像施加的一种处理。也称为图像的去噪声处理。

施行平滑化处理的方法大致分为两类：

频域法；相应处理在频域进行。

其中主要的两种方法是空间邻域平均法和中值滤波法。

空域法：相应处理在空域进行

主要有理想低通滤波器和巴特沃思低通滤波器。

还有一种多图像平均法。

(1)空间邻域平均法的一种简单实现：

在图像中以当前像素f(i,j)为中心切出一个3*3像素组成的图像块，如下图所示，设当前像素f(i,j)的灰度值为g(i,j)时，则：

g(i,j)={f(i,j)+f(i-1,j-1)+ f(i,j-1)+f(i+1,j-1)+f(i-1,j)+f(i+1,j)+f(i-1,j+1),+f(i,j+1)+f(i+1,j+1)}/9