图像信号的抽取与插值

设计性实验1 图像信号的抽取与插值

一、实验目的

1、熟悉图像处理常用函数和方法；

2、培养通过查阅文献解决问题的能力。

二、实验要求

给出一个二维灰度图像，

3、编程实现对该图像的任意比例的放大及缩小；

4、编程实现对该图像的任意角度旋转；

5、解决缩放及旋转时产生的锯齿等图像不平滑问题。

实验提示

6、利用上采样、下采样等方法对信号进行缩放变换；

7、观察对图像进行缩放或旋转时，图像是否会出现锯齿等不平

滑现象？

8、分析产生锯齿现象的原因；

9、查阅文献了解解决锯齿现象的方法。（例如平滑滤波、双线

性插值、双立方插值等处理）

三、实验细节

1、实现图像的放大

算法：

为了实现图像的放大，首先将原图按照x1=a*x,y1=b*x将原图的像素点(x,y)映射为新的画布上的(x1,y1)点，如上图左一到左二。然后，以行或列为一个处理单位，采用一种图

像插值算法，在两红点之间的空白点插入一些值，使图像充满整个画布。具体顺序如上图所示，先按行插值，再按列插值。

本实验采用的插值算法要达到的目标是，使插入点的斜率与原图保持一致 具体插值方法如下（以宽度放大三倍为例）：

取出一行像素点，使时域坐标变为原来的三倍。假设两相邻像素点坐标分别为a[n]和a[m]，则在a[n+1]、a[n+2]、a[n+i]…a[m -1]处填入的灰度值为：

][n

-m i

a[n])-(a[m]i]a[n n a +⨯=+

过程如下：

图①

原图像的一行像素点

图②

使时域坐标变为原来的三倍

插入的点

图③

在两点间插值，使新插入的点与原先的两点以同一斜率变化。

2.实现图像的缩小：

若要实现缩小，则同样按照x1=ax,y1=by的坐标转换关系将原画布上的点映射到新画布上，那么新画布上的一点将成为原画布上多点的映射，此时，新画布的点只需取其中一个映射点即可。过程如下：

运行结果：

（以行列均放大三倍为例）

①放大前的图像：

②将图像的行列上的时域变为原来的三倍。

③行插值：

④列插值后（完成）：

颗粒（锯齿）

不明显

使用线性插值法

假如使用临近插值法，将得到如下图片，可见，在图中眼部的位置，临近插值法的锯齿更为明显，而使用本实验插值算法得到的图像边缘更为平滑。

颗粒（锯齿）

明显

使用临近插值法

图像缩小：

（以行列均缩小为1/2为例）

缩小

代码清单：

clear;clf;

pic=imread('image.jpg');

k=2; %¾â³ÝÏû³ýϵÊý

[l,w]=size(pic);

pic(l+1,1)=0;

pic(1,w+1)=0;

l1=2*l;

w1=2*w;

i=1:l;

x=ceil(i*l1/l);

ii=1:w;

y=ceil(ii*w1/w);

for i=1:l

for ii=1:w

a(ceil(i*l1/l),ceil(ii*w1/w))=pic(i,ii);

end;

end;

for i=1:l

for ii=1:w-1

n=(y(ii));

m=(y(ii+1));

for iii=1:m-n-1

a(x(i),n+iii)=(a(x(i),m)-a(x(i),n))*iii/(m-n)+a(x(i),n);

end;

end;

end;

for i=1:w1

for ii=1:l-1

n=(x(ii));

m=(x(ii+1));

for iii=1:m-n-1

a(n+iii,i)=(a(m,i)-a(n,i))*iii/(m-n)+a(n,i);

end;

end;

end;

imshow(a);

2.实现图片的旋转

算法：

根据坐标变换公式，可将旋转后坐标(x1,y1)映射到原坐标(x,y)

x=x1*cos(b)-y1*sin(b)

y=x1*sin(b)+y1*cos(b)

由于求出来的原坐标不为整数，故将其取整，若求得(x,y)坐标范围处于有效范围，即0

原图(x,y) 旋转后(x1,y1)

如上图所示，从(x1,y1)出发回到原图寻找对应的(x,y)坐标，如果(x1,y1)对应的点(x,y)在原画布内，则该点的灰度值取为最临近的整数点的灰度值，如图中黑线所示；否则(x1,y1)取为空白点，如途中红线所示。

运行结果：

旋转后的图片

旋转后的图片产生了锯齿

程序清单：

clear;clf;

pic=imread('image1.jpg');

[l,w]=size(pic);

b=30;

xx=[0,0,l,l];

yy=[0,w,w,0];

b=b*2*pi/360;

x0=min(xx.*cos(b)-yy.*sin(b));

y0=min(xx.*sin(b)+yy.*cos(b));

x1=max(xx.*cos(b)-yy.*sin(b));

y1=max(xx.*sin(b)+yy.*cos(b));

for x=1:fix(x1-x0)+1

for y=1:fix(y1-y0)+1

a(x,y)=uint8(205);

end;

end;

[l1,w1]=size(a);

for x=1:l1

for y=1:w1

xt=floor(+x*cos(b)-y*sin(b)+l*sin(b)*sin(b)); yt=floor(+x*sin(b)+y*cos(b)-l*sin(b)*cos(b)); if (xt>0 && xt<=l && yt>0 && yt<=w)

a(x,y)=pic(xt,yt);

end;

end;

end;

imshow(a);