《数字图象处理》实验指导书.doc

《数字图像处理》实验指导书

《数字图象处理》

实验指导书

目 录

实验一：数字图像读取及色彩、亮度、对比度变化 2

实验二：数字图像的噪声去除 3

实验三：数字图像的边缘检测 4

实验四：数字图像的放大、插值 5

实验五：数字图像的Fourier变换 6

实验六：绘制灰度直方图 7

实验七：数字图像的转置 10

附 录：BMP文件格式 12

实验一：数字图像读取及色彩、亮度、对比度变化
一、实验目的：
了解数字图像的存储格式，并学会对图像的某些视觉特征作简单处理。
二、实验要求：
1． 从最常用的“.BMP”图像格式中读取图像数据；
2． 对数字图像的表示方式（如RGB、YUV）及各种表示方式之间的转换有初步了解；
3． 根据输入参数改变数字图像的色彩、亮度、对比度。
三、实验步骤：
1． 利用工具（如ACDSee、PhotoShop）将Sample.1.jpg转换为Sample1.bmp；
2． 根据BMP格式（详见附录），将图像内容读入内存数组；
3． 通过访问数字图像RGB三个通道的对应矩阵，改变数字图像的色彩；
4． 将数字图像的RGB表示转换为YUV表示；
Y=0.30R+0.59G+0.11B
U=0.70R-0.59G-0.11B
V=-0.30R-0.59G+0.89B
5． 通过访问Y（亮度）通道，改变数字图像的亮度；
6． 通过Y（亮度）通道作灰度的线性变换，改变数字图像的对比度。
四、实验图像：

Sample1.jpg

实验二：数字图像的噪声去除
一、实验目的：
学会用滤波器去除图像中的噪声。
二、实验要求：
1． 用均值滤波器去除图像中的噪声；
2． 用中值滤波器去除图像中的噪声；
3． 比较两种方法的处理结果
三、实验步骤：
1． 利用工具（如ACDSee、PhotoShop）将Sample2-2.jpg转换为Sample2-2.bmp；
2． 根据BMP格式（详见附录），将图像内容读入内存数组；
3． 用均值滤波器去除图像中的噪声；

4． 用中值滤波器去除图像中的噪声；
将两种处理方法的结果与原图比较；
5． 注意两种处理方法对边缘的影响。

四、实验图像：

Sample2-1.jpg（原始图像）
Sample2-2.jpg（加噪声后的图像）

实验三：数字图像的边缘检测
一、实验目的：
学会两种简单的图像边缘检测方法。
二、实验要求：
1． 用梯度算子检测图像中的边缘；
2． 用Sobel算子检测图像中的边缘；
3． 比较两种方法的处理结果
三、实验步骤：
1．利用工具（如ACDSee、PhotoShop）将Sample3-1.jpg，Sample3-2.jpg转换为Sample3-1.bmp，Sample3-2.bmp；
2． 根据BMP格式（详见附录），将图像内容读入内存数组；
3． 用梯度算子检测图像中的边缘信息；
用Sobel算子检测图像中的边缘信息；
4． 改变阈值，观察边缘状况
5． 将两种处理方法的结果作比较；
四、实验图像：

Sample3-1.jpg
Sample3-2.jpg

实验四：数字图像的放大、插值
一、实验目的：
比较两种图像的放大、插值方法方法。
二、实验要求：
1． 用双线性插值法放大图像；
2． 用Sinc函数插值法放大图像；
3． 比较两种内插方法的处理效果和速度
三、实验步骤：
1． 利用工具（如ACDSee、PhotoShop）将Sample2-1.jpg转换为Sample2-1.bmp；
2． 根据BMP格式（详见附录），将图像内容读入内存数组；
3． 用双线性插值法放大图像；
（算法详见讲义）
4．用Sinc函数插值法放大图像；
（算法详见讲义）
考虑到程序的运行速度，可以仅对图像进行2的幂次方倍数的放大，并据此对算法进行优化。
5．将两种处理方法的结果及速度作比较。
四、实验图像：
Sample2-1.jpg

实验五：数字图像的Fourier变换
一、实验目的：
掌握Fourier变换、反变换的算法实现，并初步理解Fourier变换的物理意义。
二、实验要求：
1． 用Fourier变换算法对图像作二维Fourier变换。
2． 用Fourier反变换算法对图像作二维Fourier反变换。
3． 评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。
三、实验步骤：
1． 利用工具（如ACDSee、PhotoShop）将Sample5-1.jpg转换为Sample5-1.bmp；
2． 根据BMP格式（详见附录），将图像内容读入内存数组；
3． 用Fourier变换算法，对图像作二维Fourier变换；
（考虑图像为256*256，可以采用快速Fourier变换方法）
4． 用Fourier系数的幅度进行Fourier反变换；
5． 用Fourier系数的相位进行Fourier反变换；
6． 比较4、5的结果，评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。
四、实验图像：

Sample5.jpg（256*256）

实验六：绘制灰度直方图
一、实验目的：
掌握绘制灰度直方图算法实现，理解灰度直方图进行图像增强原理。
二、实验要求：
（1）创建灰度直方图数据
（2）定制灰度直方图对话框
（3）显示直方图
三、参考程序
（1）创建灰度直方图数据
//*******************************************
//函数名称： CreateHistogram()
//参数说明： nX1、 nY1、 nX2、 nY2为需创建直方图图像区域坐标， 默认为- // 1。pData、pPalette、 nWidthBytes为位图数据指针、调色板指
// 针、 图像行字节宽度
//返回值： int型数组指针*pBuffer。在数组中依次存储亮度、红、绿、蓝分量
// 的直方图数据， 每个分量各占256个元素[FK）]
//基本功能：创建指定的图像对象的直方图数据。如果未给定坐标，则针对整 个图像
//****************************************
int *CPointPro:: CreateHistogram(int nX1, int nY1, int nX2, int nY2,
unsigned char *pData, RGBQUAD *pPalette, int nWidthBytes)
{
//图像指针为空， 无法操作返回
if(m_pDibObject == NULL) return(FALSE); 
//分配直方图数据缓存区（数组）
int *pBuffer = new int ［256 * 4］; 
//分配直方图数据缓存区失败
if(pBuffer == NULL) return( NULL ); 
//直方图数据缓存区清零
memset(pBuffer, 0, (256 * 4) * sizeof(int)); 
//变量定义
DWORD dwGray; 
int x, y;
unsigned char *pTemp, ucRed, ucGreen, ucBlue;
//图像的高度
int nHeight = m_pDibObject->GetHeight();
switch(m_pDibObject->GetNumBits())
{
case 24: 
for(y = nY1; y < nY2; y++)
{
//数据指针定位到图像数据起始位置
pTemp = pData;
//数据指针定位到图像数据每行的起始零位置
pTemp += (( nHeight - 1 - y) * nWidthBytes);
//数据指针定位到图像数据每行的起始nX1位置
pTemp += (nX1 * 3);
for(x=nX1; x<=nX2; x++)
{
//获取像素颜色的三原色
ucRed = pTemp［x * 3 + 2］;
ucGreen = pTemp［x * 3 + 1］;
ucBlue = pTemp［x * 3］;
//按关系L=0.3R+0.59G+0.11B， 得到亮度值
dwGray = (DWORD) (ucRed * 30 + ucGreen * 59 + ucBlue * 11) / 100;
dwGray &= 0x000000ff; 
//亮度直方图数据
pBuffer［dwGray］++;
//红色直方图数据
pBuffer［256 + ucRed］++;
//绿色直方图数据
pBuffer［512 + ucGreen］++;
//蓝色直方图数据
pBuffer［768 + ucBlue］++;
//数据指针加3
pTemp += 3;
}
}
break;
}
return( pBuffer );
}
（2）定制灰度直方图对话框
定制一个直方图对话框并创建一个CDlgIntensity类， 在它的构造函数中初始化成员变量（例如， 初始化直方图数据指针m_pnHistogram = NULL）， 添加WM_PAINT的消息映射函数OnPaint()， 然后在消息映射函数中绘制直方图数据。
（3）显示直方图
void CDipView:: OnViewHist() 
{
CDipDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
//判断当前是否有图像对象
if( pDoc->m_pDibObject = = NULL ) return;
//在点处理CPointPro类中创建用来绘制直方图的数据
CPointPro PointOperation( pDoc->m_pDibObject );
int *pHistogram = PointOperation.GetHistogram();
//生成一个对话框CDlgIntensity类的实例
CDlgIntensity HistDlg;
//将直方图数据传给CDlgIntensity的成员变量m_pnHistogram
if( pHistogram != NULL )
{
//设置直方图数据指针
HistDlg.m_pnHistogram = pHistogram;
//设置当前像素值为0的像素数
HistDlg.m_nCurrentPiexsNum = pHistogram［0］;
//设置是否为256级灰度图像
HistDlg.m_bIsGray256 = PointOperation.IsGray256();
}
//显示对话框
if ( HistDlg.DoModal() != IDOK) return;
delete ［］ pHistogram;
}
四、实验图像：

Lena图像及其直方图

实验七：数字图像的转置
一、实验目的：
掌握数字图像的几何变换；
二、实验要求：
编制数字图像转置的算法
三、参考程序：
//******************************************
// 函数名称： BOOL Transpose()
// 基本功能： 本函数对传入的CDibObject对象中的图像进行转置操作
// 参数说明： CDibObject *pDibObject 默认为NULL
// 返回值: BOOL 转置成功返回TRUE， 否则返回FALSE
//******************************************
BOOL CGeoTrans: : Transpose(CDibObject *pDibObject)
{
//定义指向源图像及新图像的指针、 位图数据指针、 调色板等指针变量
//获取源图像指针及文件头、 信息头、 调色板及图像数据等信息
//计算新图像大小（包括文件头、 信息头、 调色板和图像数据）

//为新图像分配内存， 指定新图像的文件头、 信息头、 调色板及图像数据指针
//用255填充新图像数据区， 用源图像的文件头、 信息头填充相应的新图像
//调整文件总字节数、 新图像的宽度和高度等信息， 用原调色板填充新调色板
//由图像位数确定的移动字节数
int nMovedBits = 1;
switch( m_pDibObject->GetNumBits() )
{
case 8: 
nMovedBits = 1;
break;
case 16:
nMovedBits = 2;
break;

case 24:
nMovedBits = 3;
break;
case 32:
nMovedBits = 4;
break;
}
// 针对图像每行进行操作
for(y = 0; y < nOldHeight; y++)
{
//指向源图像第y行
pOldTemp = pOldBits;
pOldTemp += (nOldHeight -1 -y) * nOldWidthBytes;
// 针对每行图像每列进行操作

for(x = 0; x < nOldWidth; x++)
{
//指向转置后的图像第x行， 第y个像素的指针
pNewTemp = pNewBits;
pNewTemp += (nNewHeight -1 -x) * nNewWidthBytes;
pNewTemp += y * nMovedBits;
//复制像素
memcpy(pNewTemp, pOldTemp, nMovedBits);
pOldTemp += nMovedBits;
}
}
//将内存解锁和将不再使用的内存释放，将新图像设置为当前图像，返回TRUE
}
四、实验图像：

转置前后的图像
附录：BMP文件格式
BMP文件由以下几部分组成：文件头、信息头、调色板信息（在256色图像中存在）和图像数据部分。

文件头格式：
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { // bmfh
WORD bfType;
DWORD bfSize;
WORD bfReserved1;
WORD bfReserved2;
DWORD bfOffBits;
} BITMAPFILEHEADER;

信息头格式：
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ // bmih
DWORD biSize;
LONG biWidth;
LONG biHeight;
WORD biPlanes;
WORD biBitCount
DWORD biCompression;
DWORD biSizeImage;
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER;
调色板信息：（由于本实验提供的均为真彩色图，没有调色板信息，故不再详述）

图像数据：
自左向右，自下向上，按照R-G-B三通道次序排列。
- 14 -