1、實驗1圖像獲取和圖像轉(zhuǎn)換帳戶：數(shù)字圖像處理類：學(xué)號：06名稱：章節(jié)2310實驗一.圖像獲取和圖像轉(zhuǎn)換一.實驗?zāi)康?.了解數(shù)字設(shè)備(如數(shù)碼相機(或掃描儀、數(shù)碼相機)和計算機獲取數(shù)字圖像的方法和原理。了解數(shù)碼相機的組件和附件使用情況。掌握圖像轉(zhuǎn)換方法。掌握離散二維傅里葉變換的原理和特性。掌握離散二維余弦變換的原理和特性。二.實驗要求1.寫實驗?zāi)康?。用實驗原理。編寫程序源代碼。4.保存轉(zhuǎn)換后的圖像，觀察其光譜，得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。三.實驗設(shè)備電腦、Matlab軟體、c語言或c語言軟體、Photoshop軟體。4.實驗內(nèi)容1.用數(shù)碼相機獲取圖像后，用數(shù)據(jù)線將圖像復(fù)制到自己的存儲卡，準(zhǔn)備后續(xù)處理。實驗原理：

2、1.數(shù)碼相機的工作原理通過調(diào)整光圈大小和快門的開閉，鏡頭在CCD/CMOS芯片上拍攝場景，芯片將圖像分解成數(shù)千像素，轉(zhuǎn)換成電流信號。電流信號通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)，并存儲在相機的內(nèi)存中，因此完成了一張照片的拍攝。因此，數(shù)碼相機的工作流程包括將場景的光和陰影轉(zhuǎn)換為電子圖像的成像技術(shù)。即，場景圖像通過鏡頭，適當(dāng)?shù)钠毓庥晒馊涂扉T控制，記錄圖像由芯片控制，存儲圖像由內(nèi)存存儲。2.使用數(shù)碼相機組件和附件(1)鏡頭鏡頭由鏡頭組、光圈和鏡頭導(dǎo)管組成，主要是調(diào)整鏡頭組的距離，更改焦距以確定感光材質(zhì)中圖像的大小，同時影響景深范圍。鏡頭成像質(zhì)量的高低是評價鏡頭質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)。(2)光圈光圈由五

3、個或膠片金屬葉面板組成，主要負(fù)責(zé)調(diào)整鏡頭透光量，提高圖像質(zhì)量，調(diào)整景深，如圖1所示。圖1 f數(shù)不同的光圈結(jié)構(gòu)圖光圈是鏡頭入口光的光圈，通常用F=f/D表示光圈的大小。其中f是鏡頭的光圈系數(shù)，f是鏡頭的焦距，d是鏡頭的有效通過孔直徑。F2.8、F4、F8、F16、F22等。(3)快門快門是控制光敏劑曝光時間的裝置。調(diào)整快門速度后，按快門按鈕，在快門打開和關(guān)閉的間隙中，光線通過鏡頭傳送到感光板，使感光膠片曝光?？扉T速度(1/s): 1、2、4、8、15、30、125至2000。快門工作過程(也稱為曝光):關(guān)閉-打開-繼續(xù)-關(guān)閉。(4)圖像處理設(shè)備主體感光芯片CCD/CMOS由每個像素點非常小的感光

4、導(dǎo)體組成，根據(jù)光的強度產(chǎn)生相應(yīng)的電子電荷效應(yīng)，形成圖像的電信號。(5)存儲內(nèi)存是數(shù)碼相機中內(nèi)置的一種存儲芯片，用于存儲圖像數(shù)據(jù)。保存的照片和視頻圖像文件具有JPEG、TIFF、MPEG和MOV等格式。保存的圖像文件可以在液晶屏上顯示、傳輸?shù)接嬎銠C或刪除翻拍。通常是CF卡、xD卡、MS卡、SD卡等。(6)取景器液晶屏幕液晶取景器消除視圖差異，真實地呈現(xiàn)圖像顏色，使其易于查看，但受環(huán)境光的影響，功耗更高。單鏡頭反射取景器使用五棱鏡折射光線，使看拍攝的東西沒有視覺像差。電子取景器內(nèi)置小型液晶屏，無論外部光線如何，均可觀看屏幕，節(jié)省電源。(7)閃存閃光燈主要用于彌補現(xiàn)場光的不足，使感光材料飽和，形成圖

5、像。(8)焦點機制聚焦，也稱為聚焦或距離測量，通過旋轉(zhuǎn)焦距圈和調(diào)整焦平面的前后，可以在感光材質(zhì)上創(chuàng)建清晰的圖像，通過取景器可以看到主體圖像在模糊中清晰變化的過程。實驗過程：原始圖如下所示：2.執(zhí)行獲得的圖像的離散傅立葉變換，并在計算機屏幕上觀察該光譜，驗證二維傅里葉變換的一般特性。實驗原理：1.1-D FFT序列的DFT定義如下：(1)，設(shè)置時，頂部更改為：(2)(3)(4)將序列除以序列號的奇偶校驗。也就是說(5)因此，傅立葉變換可以寫成：(6)可以由此得到：(7)正在樣式中：(8)(9)分別是和的點DFT。以上推導(dǎo)表明，一點的DFT分解為兩點的DFT，兩點的DFT合成一點的DFT。上述公式

6、使用權(quán)重系數(shù)的周期性和對稱性，只能得到上一點的值。，(10)因此，的后點值可能如下所示：(11)通過以上推導(dǎo)可以看出，一點的DFT可以分解為兩點的DFT，每個點的DFT又可以分解為兩點的DFT。這樣，當(dāng)()平方為2的整數(shù)時，就會降低每個分解的一次平方，因此，通過二次分解，最后都成為一系列兩點DFT運算，這是一種按時間提取的FFT算法。2.2-D FFT例如，2-D FFT格式的格式(1):(12)請用以下分隔形式寫風(fēng)格(12):(13)如上分離形式所示，2-D DFT可以通過連續(xù)兩次使用1-D DFT來實現(xiàn)。格式(13)可以分為兩種類型：(14)(15)對于每個值，表達(dá)式(14)方括號中有1-

7、D DFT。因此，您可以沿每個列查找格式副本。在此基礎(chǔ)上，重新獲得每行的格式副本即可。如上所示，對于2-D FFT，也可以通過分別執(zhí)行2次1-D FFT來實現(xiàn)。3.數(shù)字圖像FFT流程圖根據(jù)圖像平鋪的特性，按照以下步驟執(zhí)行FFT轉(zhuǎn)換：(1)逐列存儲圖像數(shù)據(jù)陣列，即從下到上，從左到右轉(zhuǎn)換；(2)對于每列的圖像數(shù)據(jù)，1-d FFT；(3)逐列存儲處理的數(shù)據(jù)結(jié)果，并按原始圖像平鋪(即逐行)重新存儲。(4)對于重新排列的數(shù)據(jù)，每行1-d FFT；(5)存儲每行的處理數(shù)據(jù)，得到2-D數(shù)字圖像FFT結(jié)果。圖像FFT的流程圖如下所示：圖2 2-D FFT流程圖其中1-D FFT是以下流程圖，需要反向順序和遞歸

8、計算：圖3 1-D FFT流程圖在1-D FFT中，整個l級遞歸過程包含三個嵌套循環(huán)。外部循環(huán)控制L(L=)級別的順序循環(huán)。內(nèi)層的兩個循環(huán)控制同一級別上每個蝴蝶連接的操作。其中，最內(nèi)回路控制對相同(相同r)蝴蝶接合的運算，中間回路控制對不同類型(即不同r)蝴蝶接合的運算。4.2-D離散傅里葉變換(16)實驗過程：二維離散傅里葉變換實驗程序：a=im read(2 . JPEG)；Subplot(221)、im show(a)；Title(原始圖像)；I=RGB 2灰色(a)；Subplot(222)、im show(I)；Title(灰度轉(zhuǎn)換)；FftI=FFT 2(I)；% 2維離散傅里葉變

9、換SFF ti=FFT shift(fftI)；% DC組件移動到頻譜中心RR=real(SFF ti)；%傅里葉變換實數(shù)II=imag(SFF ti)；獲取%傅里葉變換虛擬部分A=sqrt (RR .2.2)；%頻譜幅度計算a=(a-min(min(a)/(max(a)-min(a)* 225；規(guī)范化%Subplot(223)、im show(A)；Title(光譜)；實驗結(jié)果：3.執(zhí)行獲得的圖像的離散余弦變換，在計算機屏幕上觀察該光譜，驗證二維余弦變換的一般特性，了解二維余弦變換用于圖像壓縮的原因。實驗原理：1.1-D離散余弦變換(17) (18)其中定義如下：2.2-D離散余弦變換(19

10、)(20)實驗過程：二維馀弦變換實驗程序：I=im read(2 . JPEG)；h=RGB 2g ray(I)；DCT=DC T2(h)；DCT(ABS(DCT)10)=0；IDCT=IDC T2(DCT)；Subplot(2，2，1)；IMS how(I)；Title(原始圖像)；Subplot(2，2，2)；IMS how(h)；Title(灰度)；Subplot(2，2，3)；IMS how(DCT)；Title(DCT轉(zhuǎn)換圖表)；Subplot(2，2，4)；Imshow(log(abs(DCT)，)；Title(二維轉(zhuǎn)換圖)；實驗結(jié)果：4.比較了所得圖像的離散傅立葉變換和離散余弦變

11、換的譜。光譜圖反映了二維離散信號在空間頻域中的能量分布。圖像在離散傅立葉變換后，由于直流和低頻交流組件主要集中在中心的圖像的能量，光譜的四角較暗，中間較亮的十字形狀可見。觀察離散余弦變換的頻譜表明，離散余弦變換后圖像的能量，即直流和低頻交流分量主要集中在左上角，光譜的左上角更亮，右下角更暗。5.實驗經(jīng)驗1.二維離散傅立葉變換：在圖像信號的兩個方向上執(zhí)行傅立葉變換，得到二維傅立葉變換后的圖像。圖像的頻率是指示圖像中灰度變化幅度的指示器，表示平面空間中灰度的斜率。傅立葉變換實際上具有非常明顯的物理意義，如果將f設(shè)置為有限能量模擬信號，那么傅立葉變換就代表了f的光譜。在數(shù)學(xué)意義上，傅立葉變換是通過將

12、一個函數(shù)轉(zhuǎn)換為一系列周期函數(shù)來處理的。從物理效果來看，傅立葉變換是將圖像從空間域轉(zhuǎn)換為頻域。也就是說，傅立葉變換的物理意義是將圖像的灰度分布函數(shù)轉(zhuǎn)換為圖像的頻率分布函數(shù)。實驗結(jié)果分析表明，2幅畫經(jīng)過處理后，頻率集中在中心。在傅立葉變換字段中，高頻分量通常被放置在圖像邊緣。傅立葉變換后，圖像能量往往集中在小數(shù)上，或者能量主要集中在低頻分量上，因此可以通過向低頻分量分配更多的比特，向高頻分量分配更少的比特來實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)壓縮。二維余弦變換：離散余弦變換是與離散傅立葉變換相似的傅立葉變換相關(guān)的變換，但僅使用實數(shù)部分。余弦變換相當(dāng)于一個長度約為兩倍的離散傅立葉變換，對實數(shù)函數(shù)執(zhí)行。二維離散余弦變換對圖像

13、進(jìn)行量化和編碼，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的壓縮。3.兩種頻譜比較表明，通過將圖像的能量(DC和低頻交流組件)集中在不同的位置，兩種不同的轉(zhuǎn)換來獲得不同的壓縮編碼結(jié)果。4.通過此次實驗，了解了圖像獲取方法和圖像轉(zhuǎn)換兩種方法二維傅立葉變換和二維余弦變換，進(jìn)一步明確了傅立葉變換和余弦變換的特性，以便以后應(yīng)用更方便。6.附錄1.燉手。MATLAB6。x圖像處理M。北京清華大學(xué)出版社20022.姚敏。數(shù)字圖像處理M。北京機械工業(yè)出版社20063.劉慧英。MATLAB2006a基礎(chǔ)教程M。北京清華大學(xué)出版社2007實驗2圖像增強功能帳戶：數(shù)字圖像處理類：學(xué)號：06名稱：章節(jié)2310實驗二。圖像增強功能一.實驗?zāi)康?.

14、掌握提高圖像點計算的方法。掌握提高領(lǐng)空的方法。掌握頻域增強方法。二.實驗要求1.寫實驗?zāi)康摹Ｓ脤嶒炘?。編寫程序源代碼。4.保存處理后的圖像，觀察處理結(jié)果，得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。三.實驗設(shè)備電腦、Matlab軟體、Photoshop軟體。4.實驗內(nèi)容1.對獲得的圖像進(jìn)行了點運算改進(jìn)，在計算機屏幕上觀察了增強的圖像，對原始圖像和使用點運算增強后的各種圖像進(jìn)行了比較，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。實驗原理：圖像點計算增強原理1.線性變換圖像記錄設(shè)備的動態(tài)范圍太小，或者拍攝照片時原始曝光不足，經(jīng)常導(dǎo)致圖像對比度不足。明暗范圍的線性變換可以輕松提高對比度。假定原始圖像的灰度范圍為a，b，并且您希望轉(zhuǎn)換圖像的灰度范圍擴展為m，n，則應(yīng)用以下線性轉(zhuǎn)換：(1)2.線段線性轉(zhuǎn)換分段線性變換也是一種灰度轉(zhuǎn)換方法，通常分為三個分段。此轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)表示