图像基本运算实验指导

理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（ 2012 —2013 学年第二学期）课程名称：图形图像处理开课实验室：信自444 2013年 5月 15日一、实验目的1．了解图像的算术运算在数字图像处理中的初步应用。

2．体会图像算术运算处理的过程和处理前后图像的变化。

二、实验原理图像的代数运算是图像的标准算术操作的实现方法，是两幅输入图像之间进行的点对点的加、减、乘、除运算后得到输出图像的过程。

如果输入图像为A(x,y)和B(x,y)，输出图像为C(x,y)，则图像的代数运算有如下四种形式：C(x,y) = A(x,y) + B(x,y)C(x,y) = A(x,y) - B(x,y)C(x,y) = A(x,y) * B(x,y)C(x,y) = A(x,y) / B(x,y)图像的代数运算在图像处理中有着广泛的应用，它除了可以实现自身所需的算术操作，还能为许多复杂的图像处理提供准备。

例如，图像减法就可以用来检测同一场景或物体生产的两幅或多幅图像的误差。

使用MATLAB的基本算术符(+、-、*、/ 等)可以执行图像的算术操作，但是在此之前必须将图像转换为适合进行基本操作的双精度类型。

为了更方便地对图像进行操作，MATLAB 图像处理工具箱包含了一个能够实现所有非稀疏数值数据的算术操作的函数集合。

下表列举了所有图像处理工具箱中的图像代数运算函数。

表2-1 图像处理工具箱中的代数运算函数能够接受uint8和uint16数据，并返回相同格式的图像结果。

虽然在函数执行过程中元素是以双精度进行计算的，但是MATLAB工作平台并不会将图像转换为双精度类型。

代数运算的结果很容易超出数据类型允许的围。

例如，uint8数据能够存储的最大数值是255，各种代数运算尤其是乘法运算的结果很容易超过这个数值，有时代数操作（主要是除法运算）也会产生不能用整数描述的分数结果。

图像的代数运算函数使用以下截取规则使运算结果符合数据围的要求：超出数据围的整型数据将被截取为数据围的极值，分数结果将被四舍五入。

《 Photoshop图形图像处理》实验指导书中山火炬职业技术学院实验一：更换天空背景（2课时）一、实验目的与要求：使用魔棒工具更换图像背景。

使用亮度/对比度命令调整图片的亮度。

使用横排文字工具添加文字，效果如图所示。

二、方法原理：采用photoshop cs2软件的魔棒工具、亮度对比度工具、横排文字工具等完成。

三、准备工作：将相应的素材，发送到学生主机中，以供学生参考使用。

四、操作步骤：导入图片（1）按Ctrl＋O键，打开光盘中的“Ch03 > 素材> 更换天空背景> 01、02”文件，效果如图3-2、图3-3所示。

（2）双击“01”素材“背景”图层，在弹出的“新建图层”对话框中进行设置，如图3-4所示，单击“确定”按钮。

在“图层”控制面板中“背景”图层转换为“楼图片”图层。

图3-2 图3-3 图3-4（3）选择“魔棒”工具，在属性栏中将“容差”选项设为25，在属性栏中勾选“消除锯齿”和“连续”复选框，在“01”素材图像窗口中的蓝色天空图像上单击鼠标，生成选区，效果如图3-5所示。

按Delete键，删除选区中的图像，效果如图3-6所示。

图3-5 图3-6 （4）使用相同方法，将图片中的其他蓝色天空图像删除并按Ctrl+D 键取消选区，效果如图3-7所示。

选择“移动”工具，将“02”素材拖曳到“01”素材图像窗口中的上方，在“图层”控制面板中生成新的图层将其命名为“天空图片”，并拖曳到“楼图片”图层的下方，如图3-8所示，图像效果如图3-9所示。

图3-7 图3-8 图3-9 调整图片亮度并添加文字（1）选中“楼图片”图层，单击“图层”控制面板下方的“创建新的填充或调整图层”按钮，在弹出的菜单中选择“亮度/对比度”命令，在“图层”控制面板中生成“亮度/对比度1”图层，同时在弹出的“亮度/对比度”对话框中进行设置，如图3-10所示，单击“确定”按钮，效果如图3-11所示。

图3-10 图3-11（2）选择“横排文字”工具，分别在属性栏中选择合适的字体并设置文字大小，输入需要的白色文字并选取文字，按Alt+向下方向键，调整文字到适当的行距，如图3-12所示，在“图层”控制面板中生成新的文字图层。

《数字图像处理》实验指导书南通大学电子信息学院通信与信息工程教研室2008．9实验目的和要求通过实验，学生在所学的图像处理理论指导下，能应用图像处理硬、软件和一种算法语言编写有关程序，熟悉Matlab等图像处理软件，巩固和掌握图像数据输入与输出、图像格式转换、图像增强与图像变换等基本处理技术，提高实际动手能力。

为进一步应用图像处理解决实际问题奠定基础.实验内容和形式1．应用MATLAB语言编写一幅灰度图像直方图统计程序、图像放大和缩小以及旋转剪切的程序，并掌握图像读写和运算的一些基本的方法2．应用MATLAB等工具进行图像图像去噪和锐化处理，包括：常见噪声的产生、运用不同滤波方法（包括均值滤波和中值滤波等）对图像去噪；运用不同的算子对图像进行锐化，比较结果；掌握和巩固所学内容3．掌握图像的傅立叶和DCT等变换的原理, 运用Matlab等工具对图像进行变换，分析变换前后图像信息的对应关系;对图像进行压缩编码,分析压缩的效果。

按计划共6学时完成实验内容。

实验内容实验一:图像的基本操作一、实验目的：1、掌握图像读写和运算的一些基本的方法；2、掌握图像放大和缩小的基本方法；3、掌握灰度直方图的概念及其计算方法；4、熟练掌握直方图均衡化的计算过程；5、利用MATLAB程序进行图像的基本操作。

二、实验步骤：1.读取文件rice.tif和cameraman.tif的图像数据，显示图像。

读取文件的信息，说明什么含义。

写出rice.tif在第一行到第10行、第一列到第10列之间的数据。

MATLAB函数:imread/imshow/imfinfo举例：A=imread('rice.tif');imshow(A);A=imread('psa.png');I=rgb2gray(A);imshow(I);A=imfinfo ('psa.png')A =Filename: 'C:\Users\Administrator\Desktop\psa.png' FileModDate: '07-Oct-2016 19:13:18'FileSize: 168625Format: 'png'FormatVersion: []Width: 396Height: 450BitDepth: 24ColorType: 'truecolor'FormatSignature: [137 80 78 71 13 10 26 10]Colormap: []Histogram: []InterlaceType: 'none'Transparency: 'alpha'SimpleTransparencyData: []BackgroundColor: []RenderingIntent: []Chromaticities: []Gamma: 0.4545XResolution: 3780YResolution: 3780ResolutionUnit: 'meter'XOffset: []YOffset: []OffsetUnit: []SignificantBits: []ImageModTime: '21 Jan 2009 23:23:48 +0000'Title: []Author: []Description: []Copyright: []CreationTime: []Software: []Disclaimer: []Warning: []Source: []Comment: []OtherText: []255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 255255 255 255 255 255 255 255 255 255 2552.将rice.tif和cameraman.tif两副图像相加、相减，或者减去一个常数，显示并保存处理后的图像。

《数字图像处理》实验教案一、实验目的1. 使学生了解和掌握数字图像处理的基本概念和基本算法。

2. 培养学生运用数字图像处理技术解决实际问题的能力。

3. 提高学生使用相关软件工具进行数字图像处理操作的技能。

二、实验内容1. 图像读取与显示：学习如何使用相关软件工具读取和显示数字图像。

2. 图像基本操作：学习图像的旋转、缩放、翻转等基本操作。

3. 图像滤波：学习使用不同类型的滤波器进行图像去噪和增强。

4. 图像分割：学习利用阈值分割、区域增长等方法对图像进行分割。

5. 图像特征提取：学习提取图像的边缘、角点等特征信息。

三、实验环境1. 操作系统：Windows或Linux。

2. 编程语言：Python或MATLAB。

3. 图像处理软件：OpenCV、ImageJ或MATLAB。

四、实验步骤1. 打开相关软件工具，导入图像。

2. 学习并实践图像的基本操作，如旋转、缩放、翻转等。

3. 学习并实践图像滤波算法，如均值滤波、中值滤波等。

4. 学习并实践图像分割算法，如全局阈值分割、局部阈值分割等。

5. 学习并实践图像特征提取算法，如Canny边缘检测算法等。

五、实验要求1. 每位学生需独立完成实验，并在实验报告中详细描述实验过程和结果。

2. 实验报告需包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果和实验总结。

3. 实验结果要求清晰显示每个步骤的操作和效果。

4. 实验总结部分需对本次实验的学习内容进行归纳和总结，并提出改进意见。

六、实验注意事项1. 实验前请确保掌握相关软件工具的基本使用方法。

3. 在进行图像操作时，请尽量使用向量或数组进行处理，避免使用低效的循环结构。

4. 实验过程中如需保存中间结果，请使用合适的文件格式，如PNG、JPG等。

5. 请合理安排实验时间，确保实验报告的质量和按时提交。

七、实验评价1. 实验报告的评价：评价学生的实验报告内容是否完整、实验结果是否清晰、实验总结是否到位。

2. 实验操作的评价：评价学生在实验过程中对图像处理算法的理解和运用能力。

《Photoshop数字图像处理》实验指导书一、实验的目的和要求在掌握并利用PHOTOSHOP基本操作和工作环境的前提下，完成图形图像的基本实验操作。

要求：二、实验内容和时间安排1．掌握工具箱中的各个工具的属性、特点、参数设置及使用方法。

2．了解PHOTOSHOP的色彩原理和图像色彩和色调的调配。

3．了解图层的基本原理，掌握图层的基本操作。

4．了解通道和蒙版的基本原理、及作用，掌握通道和蒙蔽的简单操作。

三、实验方法和手段实验方式：独立进行实验。

注意事项：1．实验前，学生要认真预习实验指导书，明确实验目的和要求，掌握与实验相关的理论知识，了解要绘制的内容；2．对所做实验得出结论，编写实验报告。

实验一：Photoshop基本操作及工具使用（按钮制作）一、实验目的本例主要学习：【文字工具】、【渐变填充工具】、【直线工具】、【圆角矩形工具】、【图层样式】、【调整图层】的使用。

二、案例效果图1三、实验步骤(1) 单击[文件]→[新建]→弹出[新建]设置对话框，具体设置如（图2）所示，单击[确定]按钮，即可新建一个文件。

图2(2)单击【图层】面板底部的【创建新图层】按钮，创建一个新的空白【图层1】,【图层】面板如（图3）所示。

将【前景色/背景色】设置为默认色，在工具箱中单选[圆角矩形]工具，[圆角矩形]工具属性选项栏的设置如（图4）所示。

图3 图4(3)在【图层】面板中单击【背景】图层，使其【背景】图层成为当前可编辑图层。

按【Alt+Delete】组合键，将【背景】图层填充为黑色。

(4)将工具箱中的【前景色】设置为白色。

单击【图层】面板中的【图层1】使其成为当前可编辑图层。

利用工具，在画面中绘制如（图5）所示的圆角矩形。

图5 图6(5)分别设置工具箱中的【前景色】和【背景色】。

(6)单选工具箱中的[渐变]工具，[渐变]工具属性选项栏的设置如（图6）所示。

(7)单击【图层】面板中的【锁定透明像素】按钮，锁定图层的透明区域，然后，在画面中从上边往下边拖动鼠标，即可填充出如（图7）所示的渐变效果。

信息工程学院实验报告课程名称：数字图像处理Array实验项目名称：实验二图像基本运算实验时间：2016.10.9班级：姓名：学号：一、实验目的1.理解图像点运算、代数运算、几何运算的基本定义和常见方法；2.掌握在MTLAB中对图像进行点运算、代数运算、几何运算的方法；3.掌握在MATLAB中进行插值的方法4.运用MATLAB语言进行图像的插值缩放和插值旋转5.进一步熟悉了解MATLAB语言的应用。

二、实验设备与软件1.PC计算机系统2.MATLAB软件，包括图像处理工具箱(Image Processing Toolbox)3.实验图片三、实验内容及结果分析3.1图像的点运算选择pout.tif作为实验图像，实验原理及内容参照《数字图像处理及MATLAB实现――学习与实验指导书》3.5.1图像的点运算。

程序代码：I=imread('pout.tif');figure;subplot(1,3,1);imshow(I);title('原图');J=imadjust(I,[0.3;0.6],[0.1;0.9]);subplot(1,3,2);imshow(J);title('线性扩展');I1=double(I);I2=I1/255;C=2;K=C*log(1+I2);subplot(1,3,3);imshow(K);title('非线性扩展');M=255-I;figure;subplot(1,3,1);imshow(M);title('灰度倒置');N1=im2bw(I,0.4);N2=im2bw(I,0.7);subplot(1,3,2);imshow(N1);title('二值化阈值0.4');subplot(1,3,3);imshow(N2);title('二值化阈值0.7');执行结果：原图线性扩展非线性扩展灰度倒置二值化阈值0.4二值化阈值0.7实验1结果图3.2图像的代数运算选择两幅图像，一幅是原图像，一幅为背景图像，采用正确的图像代数运算方法，分别实现图像叠加、混合图像的分离和图像的局部显示效果。

实验三图像运算本实验是综合性实验，涵盖Matlab程序设计、图像点运算、代数运算、几何运算等多章基本知识及其应用。

一、实验目的与要求1、理解图像点运算、代数运算、几何运算的基本定义和常见方法；2、掌握在MTLAB中对图像进行点运算、代数运算、几何运算的方法；3、掌握在MATLAB中进行插值的方法4、运用MATLAB语言进行图像的插值缩放和插值旋转5、进一步熟悉了解MATLAB语言的应用。

二、实验原理点运算是通过对图像中每个像素值进行计算，改善图像显示效果的操作，也称对比度增强，对比度拉伸，灰度变换，可以表示为B(x,y)=f(A(x,y))。

进行逐点运算，输入映射为输出，不改变图像像素的空间关系。

代数运算是指对两幅输入图像进行点对点的加、减、乘或除运算而得到输出图像的运算。

对于相加和相乘的情形，可能不止有两幅图像参加运算。

在一般情况下，输入情况之一可能为常数。

四种图像处理代数运算的数学表达式如下：C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)C(x,y)=A(x,y)/B(x,y)其中A(x,y)和B(x,y)为输入图像，而C(x,y)为输出图像。

还可以通过适当的组合形成涉及几幅图像的复合代数运算方程。

在MATLAB中，我们可以用函数简单的得到数字图像的图像数据矩阵（即A(x,y)和B(x,y)），有了这些矩阵后我们只要适当的设计代数运算的形式并写出方程，就可以得到一个输出图像的矩阵（即C(x,y)）图像相加的一个重要应用是对同一场景的多幅图像求平均值。

这点被经常用来有效的降低加性随机噪声的影响。

几何运算可改变图像中各物体之间的空间关系。

这种运算可以被看成是将（各）物体在图像内移动。

一个几何运算需要两个独立的算法。

首先，需要一个算法来定义空间变换本身，用它来描述每个像素如何从其初始位置“移动”到终止位置，即每个像素的“运动”。

数字图像基本处理实验成绩实验论⽂题⽬：图像的基本运算学⽣姓名：戚云锦学⽣学号：1114020125 系别：电⽓信息⼯程学院专业：电⼦信息⼯程年级：11级任课教师：沈晓波电⽓信息⼯程学院2013年12⽉实验题⽬：图像的基本运算学⽣：戚芸锦任课教师：沈晓波电⽓信息⼯程学院电⼦信息⼯程1、实验题⽬图像的基本运算2、实验对象⾃⼰的图像和moon3、实验任务（1）实现对图像的点运算（加减乘除）具体参数⾃⾏规定。

（2）实现对图像的逻辑运算（与或⾮）。

（3）实现对单幅图像的空间运算（放⼤、缩⼩、旋转、平移、X镜像、Y镜像），具体参数⾃⾏规定。

以上3个任务要求⽤⼀个M⽂件实现，输出到同⼀个图⽚中，按顺序编号，并在每个⼦图⽚下⽅命名，命名规则样例“（2）放⼤后图像”（4）简单应⽤：将⾃⼰的头像上添加：“姓名第⼀次作品”，字体规格不限，输出新的图像。

4、实验原理4.1理论基础（1）点运算点运算实际上就是对图像的每个像素点的灰度值按⼀定的映射关系运算，得到新图像的过程。

运⽤点运算可以改变图像数据所占的灰度值范围。

对于⼀幅输⼊图像，经过点运算会产⽣⼀幅输出图像，输出图像中每个像素点的灰度值仅有相应输⼊点的灰度值确定。

点运算从数学上可以分为线性点运算和⾮线性点运算两类。

线性点运算是指输⼊图像的灰度级与⽬标图像的灰度级呈线性关系。

线性点运算的灰度变换函数形式可以采⽤线性⽅程描述，即s=ar+b 其中r为相应输出点的灰度值，s为相应输出点的灰度值。

常见的⾮线性点运算为对数变换和幂次变换。

对数变换的⼀般表达式为：s=c log(1+r),c为常数，并假定r>=0.(2)代数运算与逻辑运算代数运算是指对两幅图或两幅图已上输⼊图像进⾏点对点的加、减、乘、除运算⽽得到的⽬标图像的运算。

加法运算的作⽤是去除“叠加性”随机噪⾳和⽣成图像。

减法运算的作⽤是差影法和混合图像的分离。

乘法和除法运算可以⽤来改变图像的灰度级，实现灰度级变换。

实验五 图像信息的点运算实验1实验目的与意义通过对实时采集的数字图像进行几种简单的处理所获得的实际效果会引起对应用数字图像处理技术的兴趣。

数字图像处理技术的内容非常丰富（如图像的增强、图像压缩、图像还原、图像的相关识别等等），处理方法也很多。

它牵涉到许多数学变换问题（如图像的傅立叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换、哈得玛变换、斯拉特变换等）（详细内容请参见《光电图像处理》）。

这样复杂的技术问题不可能用一个实验解决，但是为增强学生对数字图像处理技术的认识，引起学生深入学习的兴趣，实现掌握数字图像处理技术的目的。

为此，采用循序渐进、由浅入深的学习方法，安排一些简单的数字图像处理实验内容。

实验将从图像图形处理技术的基础处理方法—点运算开始，逐步地学习数字图形图像处理技术。

2实验所需仪器设备① 带有USB2.0输入端口的计算机（或GDS-Ⅲ光电综合实验平台），推荐使用WIN2000以上操作系统，使用1024×768分辨率，24或32位真彩显示；② YHACCD －Ⅲ型彩色面阵CCD 多功能实验仪一台。

3实验准备内容① 学习数字图像处理的原理及算法（请参考教材为《光电图像处理》）； ② 阅读数字图像处理软件的说明。

4实验内容1）点运算的定义对于一幅输入图像，将产生一幅输出图像，输出图像的每个像素点的灰度值由输入图像的像素点决定。

点运算由灰度变换函数（gray-scale transformation, GST ）决定。

2）点运算的种类（1）灰度直方图灰度直方图是数字图像处理技术中一个最简单、最有用的工具，它描述了一幅图像的灰度级内容。

任何一幅图像的直方图都包括了可见的信息，某些类型的图像还可用其直方图进行描述。

(,)[(,)]B x y f A x y =（1）图 1 点运算功能菜单灰度直方图是灰度的函数，它描述的是图像中具有该灰度值的像素个数，其横坐标表示像素的灰度级别，纵坐标是该灰度出现的频率（像素个数）。