数字图像处理-吉林大学仪器科学与电气工程学院

数字图像处理实验指导书学院：通信与电子工程学院专业：电子信息工程班级：学号：姓名：XX理工大学实验一 MATLAB数字图像处理初步一、实验目的与要求1．熟悉及掌握在MATLAB中能够处理哪些格式图像。

2．熟练掌握在MATLAB中如何读取图像。

3．掌握如何利用MATLAB来获取图像的大小、颜色、高度、宽度等等相关信息。

4．掌握如何在MATLAB中按照指定要求存储一幅图像的方法。

5．图像间如何转化。

二、实验原理及知识点1、数字图像的表示和类别一幅图像可以被定义为一个二维函数f(x,y),其中x和y是空间(平面)坐标，f 在任何坐标处(x,y)处的振幅称为图像在该点的亮度。

灰度是用来表示黑白图像亮度的一个术语，而彩色图像是由单个二维图像组合形成的。

例如，在RGB彩色系统中，一幅彩色图像是由三幅独立的分量图像(红、绿、蓝)组成的。

因此，许多为黑白图像处理开发的技术适用于彩色图像处理，方法是分别处理三副独立的分量图像即可。

图像关于x和y坐标以及振幅连续。

要将这样的一幅图像转化为数字形式，就要求数字化坐标和振幅。

将坐标值数字化成为取样；将振幅数字化成为量化。

采样和量化的过程如图1所示。

因此，当f的x、y分量和振幅都是有限且离散的量时，称该图像为数字图像。

作为MATLAB基本数据类型的数值数组本身十分适于表达图像，矩阵的元素和图像的像素之间有着十分自然的对应关系。

图1 图像的采样和量化根据图像数据矩阵解释方法的不同，MA TLAB把其处理为4类：亮度图像(Intensity images)二值图像(Binary images)索引图像(Indexed images)RGB图像(RGB images)(1) 亮度图像一幅亮度图像是一个数据矩阵，其归一化的取值表示亮度。

若亮度图像的像素都是uint8类或uint16类，则它们的整数值范围分别是[0，255]和[0，65536]。

若图像是double类，则像素取值就是浮点数。

数字图像处理实验报告1熟悉MATLAB基本图像操作；2结合实例学习如何在程序中增加图像处理算法；3理解和掌握图像的线性变换和直方图均衡化的原理和应用；4了解平滑处理的算法和用途，学习使用均值滤波、中值滤波和拉普拉斯锐化进行图像增强处理的程序设计方法；5了解噪声模型及对图像添加噪声的基本方法。

二、实验原理1 灰度线性变换就是将图像中所有点的灰度按照线性灰度变换函数进行变换。

2 直方图均衡化通过点运算将输入图像转换为在每一级上都有相等像素点数的输出图像。

按照图像概率密度函数PDF的定义：通过转换公式获得：3 均值（中值）滤波是指在图像上，对待处理的像素给定一个模板，该模板包括了其周围的临近像素。

将模板中的全体像素的均值（中值）来代替原来像素值的方法。

4 拉普拉斯算子如下：拉普拉斯算子首先将自身与周围的8个像素相减，表示自身与周围像素的差异，再将这个差异加上自身作为新像素的灰度。

三、实验步骤1 启动MA TLAB程序，对图像文件分别进行灰度线性变换、直方图均衡化、均值滤波、中值滤波和拉普拉斯锐化操作；添加噪声，重复上述过程观察处理结果。

2 记录和整理实验报告四、实验仪器1计算机；2 MA TLAB程序；3记录用的笔、纸。

五、实验内容及结果实验内容：1.将实验库中的任意一副彩色图像转化为灰度图像。

（rgb2gray）2.将实验库中的任意一副彩色图像转化为灰度图像后，进行图像求反操作和使用Gamma校正压缩图像的动态范围。

3.对任意灰度图像进行直方图均衡。

4.对任意灰度图像使用3*3和5*5的模板进行均值和中值（order）滤波。

5.使用拉普拉斯算子对图像进行处理。

实验结果附程序：clc;clear all;close all;I=imread('1.jpg');figure();subplot(231);imshow(I);title('源图像');I=rgb2gray(I);subplot(232);imshow(I);title('灰度图像');subplot(233);imshow(255-I,[]);title('图像求反');J=im2double(I);nw=J.*0.3;subplot(234);imshow(nw);title('gamma校正');J1=histeq(J);subplot(235);imshow(J1);title('直方图均衡');BW=edge(I,'log');subplot(236);imshow(BW);title('拉普拉斯算子处理');J2=filter2(fspecial('average',3),I)/255;J3=filter2(fspecial('average',5),I)/255;J4=medfilt2(I,[3 3]);J5=medfilt2(I,[5 5]);figure();subplot(221);imshow(J2);title('3x3均值滤波');subplot(222);imshow(J3);title('5x5均值滤波');subplot(223);imshow(J4);title('3x3中值滤波');subplot(224);imshow(J5);title('5x5中值滤波');六、思考题1．设定不同的斜率值和截距，显示效果会怎样？2．直方图均衡化是什么意思？它的主要用途是什么？答：直方图均衡化就是通过变换函数将原图像的直方图修正为平坦的直方图，以此来修正原图像之灰度值。

特别说明本书根据历年考研大纲要求并结合历年考研真题对该题型进行了整理编写，涵盖了这一考研科目该题型常考试题及重点试题并给出了参考答案，针对性强，考研复习首选资料。

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一、2021年吉林大学仪器科学与电气工程学院904电子技术（模拟、数字）考研核心题库之自动控制原理简答题精编1．什么是系统的频率响应？根据频率响应的基本定义，说明如何通过实验获得系统的频率特性。

【答案】系统的频率响应为当系统输入正弦信号时，系统的输出正弦信号稳态值与输入的正弦信号的复数比，得到的复数的幅值与输入正弦信号的频率的关系成为幅值特性，相角与频率的关系称为相频特性；实验中，连续输入不同频率得正弦信号，得到幅值和相角随输入正弦信号的频率变化关系，即得到系统的频率特性。

2．画出负反馈控制系统的组成框图，并说明各环节的作用。

【答案】负反馈控制系统的组成框图如图所示。

定值环节：产生参考输入或设定值；比较环节：产生偏差信号；放大环节：使偏差信号有足够大的幅值和功率；校正环节：改善控制系统的性能，使系统能正常工作；执行环节：偏差的控制作用驱动被控对象；测量环节：测量被控量和控制量。

图3．下图所示为自动记录仪小功率随动系统的原理图。

百度文库- 让每个人平等地提升自我本科生创新能力个性化培养科技学术实践“六个一”训练项目课外实验项目吉林大学仪器科学与电气工程学院2015年11月目录仪电学院课外实验项目卡 (1)一模拟电子实验 (3)低频信号发生器的设计与实现 (3)DC-DC开关电源设计与实现 (4)高共模抑制放大器设计与实现 (5)功率放大器设计与实现 (6)基于单片机的恒温PID控制系统 (7)音频功率放大电路的制作 (8)基于A NDROID的跑步运动监测系统 (9)二工程电磁场数值计算 (11)电磁铁的电磁场数值仿真 (11)电机的电磁场数值仿真 (12)冲击法测量磁场 (13)三控制系统实验 (14)零极点影响的分析及图形化表示 (14)移动平台倒立摆M AT L AB辅助设计 (15)四信号与系统 (17)软信号发生器设计实验 (17)典型周期信号的数字谱分析实验 (18)基于MATLAB GUI的频谱分析仪的设计与实现 (19)五单片机原理与技术 (21)多通道模拟信号采集系统设计 (21)简易信号发生器 (22)交通信号灯控制实验 (23)基于单片机的红外遥控实验 (24)基于8951单片机的测量控制系统 (25)基于单片机压力测量实验 (26)六电力系统分析 (27)无功功率的补偿 (27)七可编程控制器技术 (28)三层电梯模型控制 (28)挖掘车模型控制 (29)基于触摸屏的自动售货机模拟控制 (30)运料小车控制模拟 (31)八数字图像处理 (32)M ATLAB人脸识别实验 (32)M ATLAB车牌识别 (33)MATLAB图像合成-电视抠像基础 (34)九虚拟仪器技术 (35)虚拟信号发生器的设计 (35)虚拟示波器的设计 (36)十数字电路技术 (37)基于光电技术的脉搏度测量实验 (37)基于FPGA/SOPC的自动售货机的设计 (38)基于CPLD的多功能数字钟设计 (40)基于CPLD的简易数字频率计 (41)全功能电梯模拟器 (42)十一智能仪器 (43)基于仪器平台的频率特性测试仪设计 (43)基于L AB VIEW的测控软件开发 (44)十二光电检测技术 (45)基于光电编码器转速测量系统实验 (45)基于FPGA的光栅4倍频细分数据采集系统设计 (46)光电器件特性测试仪设计 (47)十三传感器原理与检测技术 (49)智能传感器设计 (49)多点温度巡检系统设计 (50)十四电子测量原理 (51)高精度数字频率计的设计 (51)十五精密仪器 (52)直流电机速度控制系统 (52)直流电机转角控制系统 (53)精密工作台控制计算机系统 (54)单色仪光栅扫描计算机控制系统 (55)十六电机学 (56)三相异步电动机的制动控制线路 (56)三相异步电动机的可逆运行控制线路 (57)三相异步电动机基本控制线路 (58)三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路 (59)电动葫芦电气控制线路 (60)直流电动机的制动过程MATLAB仿真 (61)十七电力电子技术 (63)基于PWM的恒流源设计 (63)基于PWM的恒压源设计 (65)十八课外设计 (67)智能存包系统设计 (67)智能垃圾回收小车的设计与实现 (68)基于安卓手机和PC平台的蓝牙数传、W IFI数据共享及瞬变电磁数据预处理的软件系统设计69基于STM32和FPGA控制器平台的蓝牙或W IFI数传系统设计 (72)基于飞思卡尔小车的智能泊车系统设计 (75)X ILINX FPGA的IP核设计 (76)小型激光雕刻控制系统研究 (77)十九电力系统与继电保护 (78)低频电磁信号采集卡设计 (78)仪电学院课外实验项目卡项目编号（学校）课程名称项目名称项目负责人学时基本学分656OEP01模拟电子实验低频信号发生器的设计与实现王应吉32 2 656OEP02模拟电子实验DC-DC开关电源设计与实现王应吉32 2 656OEP03模拟电子实验功率放大器设计与实现王应吉16 1 656OEP04模拟电子实验高共模抑制放大器设计与实现王应吉16 1 656OEP05工程电磁场电磁铁的电磁场数值仿真嵇艳鞠8656OEP06工程电磁场电机的电磁场数值仿真嵇艳鞠8656OEP07工程电磁场冲击法测量磁场嵇艳鞠8656OEP08控制系统实验零极点影响的分析及图形化表示随阳轶24 656OEP09信号与系统软信号发生器设计实验朱凯光8656OEP10信号与系统典型周期信号的数字谱分析实验朱凯光8656OEP11单片机原理与技术多通道模拟信号采集系统设计邱春玲8656OEP12单片机原理与技术简易信号发生器邱春玲8656OEP13单片机原理与技术交通信号灯控制实验李肃义8656OEP15电力系统分析无功功率的补偿孙淑琴8656OEP17可编程控制器技术三层电梯模型控制栾卉8656OEP18可编程控制器技术挖掘车模型控制栾卉8656OEP19数字图像处理Matlab人脸识别实验辛毅8656OEP20数字图像处理汽车牌照识别实验辛毅8656OEP23虚拟仪器技术虚拟信号发生器的设计王俊秋8656OEP24单片机原理与技术基于单片机的红外遥控实验刘鸿石8656OEP25单片机原理与技术基于8951单片机的测量控制系统刘鸿石8656OEP26单片机原理与技术基于单片机的压力测量实验刘鸿石8656OEP27数字电路技术基于光电技术的脉搏波测量实验蔡靖8656OEP28数字电路技术基于FPGA/SOPC的自动售货机的设计蔡靖8656OEP29数字电路技术基于CPLD的多功能数字钟设计蔡靖8656OEP30数字电路技术基于CPLD的简易数字频率计蔡靖8656OEP31智能仪器基于LabVIEW 的测控软件开发千承辉8656OEP32智能仪器基于仪器平台的频率特性测试仪设计千承辉8656OEP33光电检测技术基于光电编码器转速测量系统实验刘杰8656OEP34传感器原理与检测技术智能传感器设计凌振宝8656OEP35传感器原理与检测技术多点温度巡检系统设计凌振宝8 6560EP38控制系统实验移动平台倒立摆MatLab辅助设计随阳轶16 1 6560EP39 精密仪器直流电机速度控制系统王智宏16 1 6560EP40 精密仪器直流电机转角控制系统王智宏16 1 6560EP41 精密仪器精密工作台控制计算机系统王智宏16 1 6560EP42 精密仪器单色仪光栅扫描计算机控制系统王智宏16 1 6560EP43虚拟仪器技术虚拟示波器的设计王俊秋8 6560EP44 课外设计智能垃圾回收小车的设计与实现滕飞16 16560EP45 课外设计智能存包系统设计滕飞16 1 6560EP46 数字图像处理MATLAB图像合成-电视抠像基础辛毅8 6560EP47 可编程控制器技术基于触摸屏的自动售货机模拟控制栾卉8 6560EP48可编程控制器技术运料小车控制模拟栾卉8 6560EP49电机学三相异步电动机的制动控制线路程宇奇12 6560EP50 电机学三相异步电动机的可逆运行控制线路程宇奇126560EP52 电机学三相鼠笼式异步电动机的降压起动控制线路程宇奇126560EP53 电机学电动葫芦电气控制线路程宇奇12 6560EP54电力电子技术基于PWM的恒流源设计孙彩堂16 1 6560EP55 电力电子技术基于PWM的恒压源设计孙彩堂16 16560EP56 课外设计基于STM32和FPGA控制器平台的蓝牙或Wifi数传系统设计王世隆16 16560EP57 课外设计基于安卓手机和PC平台的蓝牙数传、Wifi数据共享及瞬变电磁数据预处理的软件系统设计王世隆16 16560EP58 电子测量高精度频率计设计千承辉16 16560EP60 课外设计基于飞思卡尔小车的智能泊车系统设计千承辉16 16560EP61 课外设计Xilinx FPGA的IP核设计千承辉8 6560EP63 电机学直流电动机的制动过程MATLAB仿真关珊珊8 6560EP65 模拟电子实验基于单片机的恒温PID控制系统周志坚8 6560EP66 模拟电子实验音频功率放大电路的制作周志坚8 6560EP67 模拟电子实验基于Android的跑步运动监测系统蔡靖8 6560EP68 课外设计小型激光雕刻控制系统设计王庆吉8656OEP69 光电检测技术基于FPGA的光栅4倍频细分数据采集系统设计刘杰8656OEP70 光电检测技术光电器件特性测试仪设计刘杰8656OEP71 信号与系统基于MATLAB GUI的频谱分析仪的设计与实现林婷婷8656OEP72 电力系统与继电保护低频电磁信号采集卡设计王庆吉8 656OEP73 数字电路技术全功能电梯模拟器杨泓渊8一模拟电子实验低频信号发生器的设计与实现注意：本题目限1人独立完成，可以有多人选作，但考核时彼此独立，不得雷同。

吉林大学仪器科学与电气工程学院学术型硕士学位申请者
学术成果基本要求
本学院精密仪器及机械、测试计量技术及仪器、电力电子与电力传动、电工理论与新技术、检测技术及自动化装置等专业学术型硕士研究生在读期间，在其硕士论文的相关研究中，满足下列条件之一方可申请硕士学位。

⑴、发表1篇中文核心期刊或外文期刊论文（除导师外第一作者）；
⑵、发表1篇被SCI或EI检索的会议或增刊论文（除导师外第一作者）；
⑶、发表1篇SCI或EI检索源期刊论文（除导师外第一或第二作者）；
⑷、获得1项实用新型专利（除导师外第一发明人）；
⑸、获得1项发明专利（除导师外第一或第二发明人）.
说明：
⑴、所获成果的第一署名单位为吉林大学；
⑵、期刊论文以录用通知及导师签字为准；
⑶、会议和增刊论文以网上检索为准；
⑷、专利以授权书为准；
⑸、除导师外署名第二的申请者，需要附说明及导师签字；
⑹、本项要求从2010级硕士研究生开始执行。

仪器科学与技术及电气工程学科学位分委员会
2010年8月23日。