数字图像处理实验指导书(带源程序)
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实验一Matlab图像处理工具箱的初步练习一. 实验目的1. 掌握有关数字图像处理的基本概念；2. 熟悉Matlab图像处理工具箱；3. 熟悉使用Matlab进行数字图像的读出和显示；4. 熟悉运用Matlab指令进行图像旋转和缩放变换。
二. 练习1. 文件的读入与显示(1) 运行Matlab。
(2) MATLAB窗口构成：在缺省的情况下，由三个窗口组成。
命令窗口(command window)、命令历史（command history）、工作空间（workspace）。
注意：缺省窗口的设置步骤为：MATLAB菜单/view选项/Desktop layout/default。
(3) 调入一个文件：i=imread('pout.tif')；%注意：前面的“%”是用于注释的，不会被执行，只是说明这个语句的作用。
此时的i出现在什么窗口？是什么类型的变量？大小是多少？(4) 显示这幅图：imshow(i)；(5) 将变量i转置成j，即j=i'；显示j即imshow(j)；%在胸前左侧花纹怎么会跑到右边的呢？举一个例子加以验证：设a=[1 2 3 4 5；6 7 8 9 10；11 12 13 14 15]；b=a’；此时的b与a有什么区别？(6) 写入到一个新的图像文件'abc.tif'中，即imwrite(j，'abc.tif')。
(7) 清除变量命令：clear执行这个命令后，workspace窗口中的变量有没有？怎么验证？(8) 清除用户开设的窗口命令：close all(9) 调入图像文件'abc.tif'并显示。
问题：(1) 操作符“’”是图像的转置的意思，转置两次后，是否回到原图像？(2) 命令后的符号“；”所起的作用是什么？(3) 命令是否可以大写母？2. 灰度图像分别选择不同的灰度级（如2、4、16、64、128个）来显示同一幅图像（如testpat1.tif）。
i=imread('testpat1.tif');figure,imshow(i,2) %显示2个灰度级figure,imshow(i,4) %显示4个灰度级figure,imshow(i,16) %显示16个灰度级figure,imshow(i,64) %显示64个灰度级figure,imshow(i,128) %显示128个灰度级3. RGB图像RGB = imread('ngc6543a.jpg')；%RGB为650*600*3imshow(RGB);将这一图写入到abc.jpg文件中去，并用“画图”进行编辑。
使用菜单“图像”/“属性”，将此图的尺寸改为300*300，其效果如何？问题：(1) 将一幅图像改变它的尺寸时，其分辨率是不改变？(使用windows的“图画”工具)(2) 如何使用“画图”中的拉伸功能，实现图像的缩小？(3) 2006年，市场上100万像素是什么意思？4. 在Matlab中，函数imresize(X,M,method)可用来改变图像的大小，其中X表示图像，实数M>0是放大倍数，method用来选择计算数据的方法，其可取值及意义分别为：‘nearest’--最近邻插值法，’bilinear’--双线性插值法，’bicubic’--双三次插值法。
我们看下面这段程序：I=imread('circuit.tif');J=imresize(I,1.25);imshow(I)figure,imshow(J)程序运行后得到如下的结果：也可以指定目标图像的大小，此时imresize()的调用格式为：Y=imresize(X,[320,480])其中[320,480]表示将图像的大小调整为320×480。
5. 函数imrotate对图像进行旋转操作，我们看如下的程序段：I=imread('cameraman.tif');J=imrotate(I,-15,'bilinear');K=imrotate(I,-15,'bilinear','crop');imshow(I)figure,imshow(J)figure,imshow(K)程序运行后得到如下的结果：左边是原图，中间和右边是旋转后的结果，注意右边的图像和中间图像的区别，右边的图像是由参数’crop’ 实现的，该参数表示将旋转后的图像取与原图像相同的中心部分输出。
三. 实验内容1．从磁盘上读入图像“cameraman.tif”，将其分别放大到1.5倍（用“bilinear”方法）和2.6倍（用“bicubic”方法），显示在不同的图像窗口中。
2．从磁盘上读入图像“lena.tif”，将其放大2倍，并将结果用BMP格式以“lena.bmp”为文件名，写入磁盘。
（用imwrite命令，该命令的用法请用help imwrite查看）3．给定一幅图像，如lena.bmp，分别将其顺时针旋转450，逆时针旋转300。
4. 给定一幅图像，如lena.bmp，以不同灰度级显示，比较显示的不同效果。
四. 实验报告要求1.实验目的；2.实验基本原理；3.实验步骤4.源程序；5.处理前后的图像；6.实验结论；7.实验收获、体会。
实验二图像的增强一. 实验目的1. 熟悉直方图的计算和显示；2. 熟悉通过算术运算进行图像增强的方法；3. 熟悉运用直方图变换进行图像增强的原理。
二. 实验原理1. 直方图在数字图像处理中，一种最简单和最有用的工具是直方图，它概括了一幅图像的灰度级内容。
（1）函数：imhist(I,n)功能：显示指定图像的直方图。
语法格式：Imhist(I,n)Imhist(X,map)[counsts,x]=imhist(…)说明：I为输入图像，n为指定的灰度级数目，默认值为256。
Imhist(X,map)计算和显示索引色图像为X的直方图，map为调色板。
[counsts,x]=imhist(…)返回直方图数据向量counts或相应的色彩值向量x。
（2）函数：imadjust功能：将图像的灰度值映像为一个新的数值范围。
语法格式：J=imsdjust(I,[low_in high_in],[low_out high_out],gamma)newmap=imadjust(map,[low high],[bottom top],gamma)说明：I是输入图像矩阵，J是经过直方图变换后的输出图像矩阵。
Low_in参数和high_in参数分别用来指定输入图像需要映像的灰度范围，参数Low_out和high_out指定输出图像所在的灰度范围。
newmap=imadjust(map,[low high],[bottom top],gamma)命令是调整索引色图像的调色板map。
此时若[low high]和[bottom top]都是2×3矩阵，就根据它们的值分别调整R、G、B三个分量。
不管I属于哪一类，此处指定的强度值的范围均为[1，0]。
如果I是unint8，则会将用户指定的值乘以255，然后将得到的结果作为实际的强度使用。
如果I是unint16，则会乘以65536。
Gamma是一个可选参数。
一般来说灰度间的映像是直线，但是通过调整gamma参数可以使其变为非线性的映像。
（3）直接的灰度变换曲线可以取得增强对比度的效果，对于低值灰度的图像，有时使用对数变换效果更好。
对数变换可以扩展低值灰度，压缩高值灰度，这样可以使低值灰度的图像细节更容易看清楚。
对数变换的灰度映像采用如下表达式：(+=yxfxyg),)1,)log((2. 直方图均衡化函数：histeq功能：实现对输入图像的直方图均衡化。
语法格式：J=histeq(I,hgram)J= histeq(I,n)[J,T]= histeq(I,…)newmap= histeq(X,map,hgram)newmap= histeq(X,map)[newmap,T]=histeq(X,…)说明：其中，n表示输出图像的灰度级数目，是一个可选参数，缺省值为64。
J=histeq(I,hgram)是将原图像I的直方图变成用户指定的向量hgram，hgram中的各元素值域为[0，1]。
[J,T]=histeq(I,…)返回能从图像I的灰度直方图变换成图像J的直方图的变换T。
newmap= histeq(X,map)用来对索引图像进行处理，索引图像的返回值newmap将是输出图像的调色板。
J= histeq(I,n)将原图像I转换成具有指定灰度级数目的输出图像J。
newmap= histeq(X,map,hgram)将索引图像X的直方图变成用户指定的向量hgram，hgram中的各元素值域为[0，1]。
[newmap,T]=histeq(X,…)返回能从索引图像I的直方图变成索引图像J的直方图的变换T。
3. 直方图规定化在Matlab中可以调用函数J=histeq(I,hgram)来实现直方图规定化。
其中hgram是由用户指定的矢量，规定将原始图像I的直方图近似变换成hgram，hgram中的每一个元素都在[0，1]中。
4. 代数运算Matlab工具箱中提供了一个函数imnoise来给图像增添噪声。
函数：imnoise功能：给图像增添不同种类的噪声。
语法格式：J=imnoise(I,type)J=imnoise(I,type,parameters)说明：其中，参数type指定噪声的种类，parameters是与噪声种类有关的集体参数。
I是输入图像，J 是对I增添噪声后的输出图像。
如表2-1所示。
表2-1 噪声种类及参数说明三. 实验内容1. 直方图（1）同时显示一幅图像（如pout.tif）及其直方图。
参考程序：I=imread('pout.tif');subplot(1,2,1);imshow(I);title('原图像');axis square;subplot(1,2,2);imhist(I);title('图像的直方图');axis square;（2）通过对比度扩展增强图像rice.tif的对比度。
要求：将该图像从灰度范围[0.15，0.9] 映像到[0，1]，同时显示原图像及其直方图，变换后的图象及其直方图，并说明实验效果有何变化。
参考程序：I=imread('rice.tif');subplot(2,2,1);imshow(I);title('原图像');subplot(2,2,2);imhist(I);title('原图像直方图');J=imadjust(I,[0.15 0.9],[0 1]);subplot(2,2,3);imshow(J);title('变换后图像');subplot(2,2,4);imhist(J);title('变换后图像直方图');结论：通过将图像从灰度范围[0.15，0.9]映像到[0，1]，图像的对比度明显增加。
