实验五图像增强—空域滤波

课程: 数字图像处理实验日期: 2012年 4 月日成绩：实验一图像增强与平滑一．实验目的及要求1．了解MATLAB的操作环境和基本功能。

2．掌握MATLAB中图像增强与平滑的函数的使用方法。

3．加深理解图像增强与平滑的算法原理。

二．实验原理图像增强的目的是改善图像的视觉效果，或者使图像更适合于人或机器进行分析处理。

通过图像增强，可以减少图像中的噪声，提高目标与背景的对比度，也可以强调或抑制图像中的某些细节。

从处理的作用域出发，图像增强可以分为空间域法和频率域法。

前者在空间域直接对像素进行处理，后者在图像的变换域内处理，然后经逆变换获得增强图像。

图像增强技术主要有：空域变换增强、空域滤波增强、频域增强。

点运算可以在空域内进行图像灰度修正、图像灰度变换以及图像直方图修正。

空域滤波增强主要应用平滑滤波器、中值滤波器以及锐化滤波器。

频域增强主要应用高通滤波和同态滤波。

图像增强还包括图像的伪彩色处理。

彩色图像中包含有丰富的细节信息,为了获得清晰的彩色图像,保护原有的彩色信息,消除亮度不够对彩色图像像质的影响, 应用图像增强技术对彩色图像进行处理,既可以得到清晰的彩色图像,又可以保护原有的彩色信息。

总之图像增强技术就是对图像中感兴趣的特征有选择地突出,而衰减其不需要的特征。

三、实验内容（一）研究以下程序，分析程序功能；输入执行各命令行，认真观察命令执行的结果。

熟悉程序中所使用函数的调用方法，改变有关参数，观察试验结果。

（可将每段程序保存为一个.m文件）1．直方图均衡化clear all; close all % Clear the MATLAB workspace of any variables% and close open figure windows.I = imread('pout.tif'); % Rea ds the sample images ‘ pout.tif’, and stores it inimshow(I) % an array named I.display the imagefigure, imhist(I) % Create a histogram of the image and display it in% a new figure window.[I2,T] = histeq(I); % Histogram equalization.figure, imshow(I2) % Display the new equalized image, I2, in a new figure window.figure, imhist(I2) % Create a histogram of the equalized image I2.figure,plot((0:255)/255,T); % plot the transformation curve.课程: 数字图像处理实验日期: 2012年 4 月日成绩：imwrite (I2, 'pout2.png'); % Write the newly adjusted image I2 to a disk file named% ‘pout2.png’.imfinfo('pout2.png') % Check the contents of the newly written file功能：直方图均衡化的基本思想是将原始图像的直方图变换为均匀分布的形式，从而增加图像灰度的动态范围，达到增强图像对比度的效果。

计算机与信息工程学院验证性实验报告一、实验目的1．掌握怎样利用傅立叶变换进行频域滤波 2．掌握频域滤波的概念及方法 3．熟练掌握频域空间的各类滤波器 4．利用MATLAB 程序进行频域滤波二、实验原理及知识点频域滤波分为低通滤波和高通滤波两类，对应的滤波器分别为低通滤波器和高通滤波器。

频域低通过滤的基本思想：G (u,v )=F (u,v )H (u,v )F (u,v )是需要钝化图像的傅立叶变换形式，H (u,v )是选取的一个低通过滤器变换函数，G (u,v )是通过H (u,v )减少F (u,v )的高频部分来得到的结果，运用傅立叶逆变换得到钝化后的图像。

理想地通滤波器(ILPF)具有传递函数：01(,)(,)0(,)ifD u v D H u v ifD u v D ≤⎧=⎨>⎩其中，0D 为指定的非负数，(,)D u v 为(u,v )到滤波器的中心的距离。

0(,)D u v D =的点的轨迹为一个圆。

n 阶巴特沃兹低通滤波器(BLPF)(在距离原点0D 处出现截至频率)的传递函数为201(,)1[(,)]nH u v D u v D =+与理想地通滤波器不同的是，巴特沃兹率通滤波器的传递函数并不是在0D 处突然不连续。

高斯低通滤波器(GLPF)的传递函数为222),(),(σv u D ev u H =其中，σ为标准差。

相应的高通滤波器也包括：理想高通滤波器、n 阶巴特沃兹高通滤波器、高斯高通滤波器。

给定一个低通滤波器的传递函数(,)lp H u v ，通过使用如下的简单关系，可以获得相应高通滤波器的传递函数：1(,)hp lp H H u v =-利用MATLAB 实现频域滤波的程序f=imread('room.tif');F=fft2(f); %对图像进行傅立叶变换%对变换后图像进行队数变化，并对其坐标平移，使其中心化 S=fftshift(log(1+abs(F)));S=gscale(S); %将频谱图像标度在0-256的范围内 imshow(S) %显示频谱图像h=fspecial('sobel'); %产生空间‘sobel’模版 freqz2(h) %查看相应频域滤波器的图像 PQ=paddedsize(size(f)); %产生滤波时所需大小的矩阵 H=freqz2(h,PQ(1),PQ(2)); %产生频域中的‘sobel’滤波器H1=ifftshift(H); %重排数据序列，使得原点位于频率矩阵的左上角 imshow(abs(H),[]) %以图形形式显示滤波器 figure,imshow(abs(H1),[])gs=imfilter(double(f),h); %用模版h 进行空域滤波gf=dftfilt(f,H1); %用滤波器对图像进行频域滤波 figure,imshow(gs,[]) figure,imshow(gf,[])figure,imshow(abs(gs),[]) figure,imshow(abs(gf),[])f=imread('number.tif'); %读取图片PQ=paddedsize(size(f)); %产生滤波时所需大小的矩阵 D0=0.05*PQ(1); %设定高斯高通滤波器的阈值H=hpfilter('gaussian',PQ(1),PQ(2),D0); %产生高斯高通滤波器 g=dftfilt(f,H); %对图像进行滤波 figure,imshow(f) %显示原图像figure,imshow(g,[]) %显示滤波后图像三、实验步骤：1．调入并显示所需的图片；2．利用MATLAB 提供的低通滤波器实现图像信号的滤波运算，并与空间滤波进行比较。

link appraisement楚智媛 吕 吉林医药学院楚智媛（1990吉林医药学院实训中心，吕闯（1980－）男，吉林医药学院数学教研室，博士，讲师，吉林省吉林市人。

项目名称：基于SPOC混合式教学模式的高校数学建模课程改革研究项目编号：JGJX2020C65；支持单位：吉林省高教学会应用上面的式子作为中值滤波最后的结果值。

中值滤波的优点是在：它去除图像中的椒盐噪声的效果要比均值滤波的效果好很很多，因为他在抑制噪声的同时还能够保持图像的边缘尽量清晰，所以在MATLAB中我们常常要使用中值滤波来去除图像的椒盐噪声。

中值滤波同样也可以去除图像中的高斯噪声和乘性噪声等，但是它的效果却没有去除椒盐噪声的效果好。

wiener滤波Wiener滤波又称维纳滤波器，它是本身是一种使估计误差的的均方值达到最小的一种滤波手段，是一种相对平稳过程的最优估计器。

因为wiener滤波器的输出与期望的输出之间的均方误差尽可能达到最小，所以它是一种最佳的滤波器，它可用于提取出被平稳的噪声所干扰的信号。

wiener（）函数对图像的噪声进行自适应滤波，它滤波器的输出是根据图像的局部的方差所决定的。

当局部的方差大的时候，那么滤波器的平滑效果就会较弱；程序运行后，线性均值滤波对椒盐噪声、高斯噪声、乘性噪声滤除对比的效果如下图2所示。

由实验结果可以看出中值滤波对去除图像中的椒盐噪声效果较好，图像增强之后的边缘清晰且椒盐噪声去除的效果也比较好，与中值滤波相比，均值滤波的效果稍弱一些，但是效果也是在可以接受的范围之内，但是自适应滤波的效果就比较差，不能满足我们对图片的处理要求。

三种滤波对乘性噪声进行图像增强仿真实验在MATLAB中，具体代码实现如下：I=imread（‘rice.png’）;I=im2double（I）;J=imnoise（I，’speckle’，0.05）;G1=wiener2（J，[3 3]）;G2=medfilt2（J，[3 3]）;G3=filter2（fspecial（‘average’，3），J）;图1图2图3。

实验五图像增强实验五图像增强⼀、实验⽬的1.了解灰度变换增强和空域滤波增强的Matlab实现⽅法2.掌握直⽅图灰度变换⽅法3.掌握噪声模拟和图像滤波函数的使⽤⽅法4.了解图像复原的Matlab实现⽅法⼆、实验步骤1、打开MATLAB软件，设置⼯作路径，新建M⽂件。

2、将图⽚放到当前⼯作路径下3、写⼊图像增强（包括灰度变换增强、空域滤波增强）程序保存并调试运⾏。

程序具体要求：1）灰度变换增强A)线段上像素灰度分布B)直⽅图变换（直⽅图显⽰、直⽅图灰度调节、直⽅图均衡化）2）空域滤波增强A)噪声模拟B)空域滤波空域滤波对上述噪声图像进⾏均值滤波和中值滤波，⽐较滤波效果。

总结均值滤波和中值滤波的特点及使⽤场合。

*对图像'saturn.tif'采⽤'laplacian'⾼通滤波器进⾏锐化滤波。

4、保存实验结果并完善实验报告。

三、实验程序1.灰度变换增强A)线段上像素灰度分布读⼊灰度图像‘cameraman.tif’，采⽤交互式操作，⽤improfile绘制⼀条线段的灰度值。

imshow('cameraman.tif')improfile读⼊RGB图像‘trees.tif’，显⽰所选线段上红、绿、蓝颜⾊分量的分布imshow('trees.tif')i mprofileB)直⽅图变换直⽅图显⽰读⼊图像‘trees.tif’，在⼀个窗⼝中显⽰灰度级n=64，128和256的图像直⽅图。

I=imread('trees.tif');imshow(I)figure,imhist(I,64)figure,imhist(I,128)figure,imhist(I,256)直⽅图灰度调节利⽤函数imadjust调解图像灰度范围，观察变换后的图像及其直⽅图的变化。

I=imread('trees.tif');imshow(I)figure,imhist(I)J=imadjust(I,[0.15 0.9],[0 1]);figure,imhist(J)figure,imshow(J)I=imread('cameraman.tif');imshow(I)figure,imhist(I)J=imadjust(I,[0 0.2],[0.5 1]);figure,imhist(J)figure,imshow(J)直⽅图均衡化分别对图像‘pout.tif’和‘tire.tif’进⾏直⽅图均衡化处理，⽐较处理前后图像及直⽅图分布的变化。

实验二遥感图像增强——空间滤波注：实验采用软件为加拿大产遥感专业图彖处理软件PCI,为便于对比及评分，实验图像一般采用安装盘自带文件夹DEMO下irvine.piXo一、滤波的原理及方法在遥感图像处理中，经常采用空间域中的邻域处理方法來改变遥感图像中像元与其周围相邻像元的关系，即“空间滤波”，來突出遥感图像上某些特征，如突出边缘或纹理等。

传统的空间滤波方法有图像卷积运算、平滑、锐化。

图像卷积运算是在空间域上对图像进行邻域检测的运算，具体做法是选定一个卷积函数t(m, n),又称为“模板”，即一个MxN的图像，运算时，从图像左上角开始一个为模板同样大小的活动窗口U(m, n),使活动窗口与模板像元的灰度值对应相乘再相加，计算结果r(i, j)作为活动窗口屮心像元的新的灰度值。

在平滑处理中，均值平滑是将每个像元在以其为中心的区域内取平均值來代替该像元值以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。

常用的邻域冇4-邻域和8-邻域。

在屮值滤波屮则是以某像元为中心的邻域内取中间亮度值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。

空间滤波是指在图像空间(x, y)或空间频率(J H)对输入图像应川若干滤波函数而获得改进的输出图像的技术，即对图像屮某些空间、频率特征的信息增强或抑制，如增强高频信息，即突出边缘、纹理、线条等。

增强低频信息抑制高频信息、既去掉细节。

其效果冇噪声的消除，边缘及线的增强，图像的清晰化等。

注意突出的图像上的某些特征，突出边缘或图像处理方法，也叫做“空间滤波”，它属于一种儿何增强处理。

空间滤波技术的基本思路有3条：Fil血滤波，操作如下：①提取原图像的边缘信息，进行加权处理，然示与原图像亞加；②提取原图像屮的模糊成分进行加权处理，然示与原图叠加；③使用某一指定的两数对原图像进行加权，是图像产生尖锐或平滑的效果。

在进行运算吋，多采用空间卷积技术，即在原图像上移动“活动窗口”，逐块进行局部运算。

数字图像处理实验报告学院：班级：学号：时间：2012.11.29实验三：数字图像的空间域滤波——锐化滤波1．实验目的1.掌握图像滤波的基本定义及目的。

2.理解空间域滤波的基本原理及方法。

3.掌握进行图像的空域滤波的方法。

2．实验基本原理1.空间域增强空间域滤波是在图像空间中借助模板对图像进行领域操作，处理图像每一个像素的取值都是根据模板对输入像素相应领域内的像素值进行计算得到的。

空域滤波基本上是让图像在频域空间内某个范围的分量受到抑制，同时保证其他分量不变，从而改变输出图像的频率分布，达到增强图像的目的。

空域滤波一般分为线性滤波和非线性滤波两类。

线性滤波器的设计常基于对傅立叶变换的分析，非线性空域滤波器则一般直接对领域进行操作。

各种空域滤波器根据功能主要分为平滑滤波器和锐化滤波器。

平滑可用低通来实现，平滑的目的可分为两类：一类是模糊，目的是在提取较大的目标前去除太小的细节或将目标内的小肩端连接起来；另一类是消除噪声。

锐化可用高通滤波来实现，锐化的目的是为了增强被模糊的细节。

结合这两种分类方法，可将空间滤波增强分为四类：线性平滑滤波器（低通）非线性平滑滤波器（低通）线性锐化滤波器（高通）非线性锐化滤波器（高通）空间滤波器都是基于模板卷积，其主要工作步骤是：1)将模板在图中移动，并将模板中心与图中某个像素位置重合；2)将模板上的系数与模板下对应的像素相乘；3)将所有乘积相加；4)将和（模板的输出响应）赋给图中对应模板中心位置的像素。

2.锐化滤波器图像平滑往往使图像中的边界、轮廓变得模糊，为了减少这类不利效果的影响，需要利用图像锐化技术，使图像的边缘变得清晰。

1)线性锐化滤波器线性高通滤波器是最常用的线性锐化滤波器。

这种滤波器的中心系数都是正的，而周围的系数都是负的，所有的系数之和为0。

对3×3 的模板来说，典型的系数取值为：[-1 -1 -1;-1 8 -1;-1 -1 -1]事实上这是拉普拉斯算子。

实验五图像增强--空域、频域滤波课程名称：数字图像处理技术实验日期：2015-11-03 成绩：班级：姓名：学号：一、实验目的1．了解图像空域滤波、频域滤波的基本操作；2．掌握噪声模拟和图像滤波函数的使用方法3. 实现彩色图像的增强。

二、实验内容1. （基础题）制作自己的GUI用户界面，实现图像在空域中的均值滤波、中值滤波、锐化滤波；（提高题）定义自己的过滤器实现锐化滤波。

2. （基础题）在GUI中，实现图像的频域滤波：低通滤波、高通滤波。

3. （基础题）在GUI中，实现彩色图像增强：伪彩色增强、假彩色增强、真彩色增强。

三、实验代码function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)clear;figureA=imread('1.jpg');B=rgb2gray(A);h1=ones(7,7)/49;B2=imfilter(B,h1);h2=ones(9,9)/81;B3=imfilter(B,h2);subplot(2,2,1);imshow(B);title('灰度图像');subplot(2,2,3);imshow(B2);title('7*7均值滤波');subplot(2,2,4);imshow(B3);title('9*9均值滤波');% --- Executes on button press in pushbutton2.function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton2 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)clear;figureA=imread('1.jpg');B=rgb2gray(A);B2=medfilt2(B,[5 5]);B3=medfilt2(B,[9 9]);subplot(2,2,1);imshow(B);title('灰度图像');subplot(2,2,3);imshow(B2);title('5*5中值滤波');subplot(2,2,4);imshow(B3);title('9*9中值滤波');% --- Executes on button press in pushbutton3.function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton3 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear;figureA=imread('1.jpg');B=rgb2gray(A);h1=[1 2 1;0 0 0;-1 -2 -1];B2=imfilter(B,h1);h2=[1 0 -1;2 0 -2;1 0 -1];B3=imfilter(B,h2);subplot(2,2,1);imshow(B);title('灰度图像');subplot(2,2,3);imshow(B2);title('水平锐化');subplot(2,2,4);imshow(B3);title('竖直锐化');% --- Executes on button press in pushbutton4.function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton4 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear;figureA=imread('1.jpg');f=rgb2gray(A);subplot(2,2,1);imshow(f);f=im2double(f);F=fftshift(fft2(f));[M,N]=size(F);n = 30;D0 = 40;u0=floor(M/2);v0=floor(N/2);for u=1:Mfor v=1:ND=sqrt((u-u0)^2+(v-v0)^2);H=1/(1+(D/D0)^(2*n));G(u,v)=H*F(u,v);endendg=ifft2(ifftshift(G));g=im2uint8(real(g));subplot(2,2,4);imshow(g);% --- Executes on button press in pushbutton5.function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton5 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear;figureA=imread('1.jpg');f=rgb2gray(A);subplot(2,2,1);imshow(f);f=im2double(f);F=fftshift(fft2(f));[M,N]=size(F);n = 30;D0 = 40;u0=floor(M/2);v0=floor(N/2);for u=1:Mfor v=1:ND=sqrt((u-u0)^2+(v-v0)^2);H=1/(1+(D0/D)^(2*n));G(u,v)=H*F(u,v);endendg=ifft2(ifftshift(G));g=im2uint8(real(g));subplot(2,2,4);imshow(g);% --- Executes on button press in pushbutton6.function pushbutton6_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton6 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear;figureA=imread('1.jpg');B=rgb2gray(A);subplot(1,2,1);imshow(B);title('灰度图像');Y=floor(B/64);[M,N]=size(Y);for i=1:Mfor j=1:Nswitch Y(i,j)case 0Y1(i,j,1:3)=[0 0 255];case 1Y1(i,j,1:3)=[200 0 200];case 2Y1(i,j,1:3)=[255 150 0];case 3Y1(i,j,1:3)=[255 255 0];otherwiseY1(i,j,1:3)=[255 255 255];endendendsubplot(1,2,2);imshow(Y1);% --- Executes on button press in pushbutton7.function pushbutton7_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton7 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear;figureA=imread('1.jpg');f=rgb2gray(A);subplot(1,2,1);imshow(f);title('灰度图像');[M,N]=size(f);L=255;f=double(f);f1=floor(f/64);R=f1;G=f1;B=f1;for i=1:Mfor j=1:Nswitch f1(i,j)case 0R(i,j)=0;G(i,j)=4*f(i,j);B(i,j)=L;case 1R(i,j)=0;G(i,j)=L;B(i,j)=-4*f(i,j)+2*L;case 2R(i,j)=4*f(i,j)-2*L;G(i,j)=L;B(i,j)=0;case 3R(i,j)=L;G(i,j)=-4*f(i,j)+4*L;B(i,j)=0;endendendg(:,:,1)=R;g(:,:,2)=G;g(:,:,3)=B;g=uint8(g);subplot(1,2,2);imshow(g);% --- Executes on button press in pushbutton8.function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton8 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) clear;figureRGB=imread('1.jpg');RGB = im2double(RGB);R = RGB(:, :, 1);G = RGB(:, :, 2);B = RGB(:, :, 3);subplot(1,2,1),imshow(RGB)title('原始图像');c=R.*1.26d=G.*1.03e=B.*1.15enhance=cat(3, c, d, e);subplot(1,2,2),imshow(enhance)title('RGB手动增强的图像')四、实验结果截图五、实验体会经过很长时间学会应用这些东西。

实验四图像增强和滤波实验一．实验目的：掌握基本的图像增强方法，观察图像增强的效果，加深对灰度直方图的理解。

掌握基本的图像滤波方法，观察图像滤波的效果。

二．实验内容：对比度增强，灰度变换，直方图均衡化，图像滤波对给定的灰度的数字图像（图像文件名分别为cameraman.tif，rice.tif和pout.tif）进行如下处理：（1）统计原图像的灰度直方图，并利用直方图均衡化处理进行图像增强，同屏显示处理前后图像及其灰度直方图，比较异同，并回答数字图像均衡化后其直方图分布情况。

（2）利用图像调整函数（直接灰度调整方法）进行图像增强，同屏显示处理前后图像及其灰度直方图，比较异同，并回答数字图像均衡化后其直方图分布情况。

（3）利用函数IMNOISE，在图像（LENA256.BMP）上分别叠加高斯噪声(gaussian)和椒盐噪声(salt&peppers)，对比高斯低通滤波器和均值滤波器的性能。

三、实验原理1、图像增强技术；图像滤波技术介绍图像增强是将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些关注的特征，抑制非关注的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果的图像处理方法。

按所处理的对象不同可分为灰度图像增强和彩色图像增强。

图像非常直观，易于理解，但在实际应用中得到的图像品质并不是那么好，或在图像采集过程中不可避免的加入了噪声，因此研究快速且有效地图像增强算法成为推动图像分析和图像理解领域发展的关键内容之一。

突出图像中目标物体的某些特点、从数字图像中提取目标物的特征参数等等，这些都有利于对图像中目标的识别、跟踪和理解。

图像增强并不要求忠实地反映原始图像相反，含有某种失真（例如突出轮廓线）的图像可能比无失真的原始图像更为清晰。

在力学应用中，液体流动双折射图像的处理，物体变形图像的处理等。

按照增强处理的空间不同可分为两类：空域增强，频率增强。

前者直接在图像所在的二维空间进行增强处理，即增强构成图像的像素，包括灰度变换增强，直方图增强，图像平滑和图像锐化等。