實驗一：影象的灰度變化及直方圖均衡化
1、實驗目的
1. 掌握灰度直方圖的概念及其計算方法；
2. 掌握直方圖均衡化和直方圖規定化的計算過程；
3. 熟悉matlab中影象增強的相關函式；
2、實驗原理
灰度直方圖(histogram)是灰度級的函式，它表示影象中具有每種灰度級的象素的個數，反映影象中每種灰度出現的頻率。一般說來，灰度直方圖的橫座標是灰度級，縱座標是該灰度級出現的頻率，是影象的最基本的統計特性。從概率論的觀點來理解，灰度出現的頻率可看作其出現的概率，這樣直方圖就對應於概率密度函式pdf(probability density function)，而概率分布函式就是直方圖的累積和，即概率密度函式的積分。
1. 直方圖均衡化
直方圖均衡化是通過灰度變換將一幅影象轉換為另一幅具有均衡直方圖，即在每個灰度級上都具有相同的象索點數的過程。設灰度變換s=t(r)為斜率有限的非減連續可微函式，它將輸入影象a(x，y)轉換為輸出影象b(x，y)，輸入影象的直方圖為ha(r)，輸出影象的直方圖為hb(s)，它們的關係如下：
直方圖均衡化的基本思想是把原始影象的直方圖變換成均勻分布的形式圖
像灰度值的動態範圍，從而達到了增強影象整體對比度的效果。具體方法
1)列出原始影象的灰度級sk，k=o，1…l-l；其中l是灰度級的個數
2)統計原始影象各灰度級的象素數目nk。
3)計算原始影象直方圖各灰度級的頻率數。
4)計算原始影象的累計直方圖。
5)取整汁算。
6)確定對映關係。
7)統計新直方圖各個灰度級的象素數目nk。
8)計算新的直方圖。
2. 灰度變換
灰度變換是影象增強的另一種重要手段，它可使影象動態範圍加大，使影象
對比度擴充套件，影象更加清晰，特徵更加明顯。
1) 線性灰度變換
（1）**不足的影象增強
變換關係為:
（2）灰度級集中的影象增強
變換關係為:
2) 分段線性灰度變換
為了突出影象中感興趣的目標或者灰度區間，相對抑制那些不感興趣的灰度區域，而不犧牲其他灰度級上的細節。例如：設影象中有30個灰度級，分別為1，2，…,30,增強灰度級為（10，20）區域的影象細節。
變換關係為：
3、實驗內容
1、讀入一幅灰度影象，分別利用直方圖均衡化和直方圖規定化進行處理，顯示原影象的直方圖和經過均衡化處理後的影象直方圖。
（1）直方圖均衡化
close all;clear all;clc; %關閉所有圖形視窗，清除工作空間所有變數，清空命令列
i=imread(' c:\users\dell\desktop\ '); %讀入原影象
j=histeq(i); %對原影象進行直方圖均衡化處理
figure; subplot(221); %對原影象進行螢幕控制
imshow(uint8(i)); %顯示原影象
title('原影象 '); %給原影象加標題名
subplot(222);
imshow(uint8(j));%顯示均衡化後的影象
title('均衡化後的影象 '); %加標題名
subplot(223);imhist(i, 64); %將原影象直方圖顯示為64級灰度
title('原影象直方圖 ');%加標題名
subplot(224);imhist(j, 64); %將均衡化後的影象的直方圖顯示為64級灰度
title('均衡化後影象直方圖 ');%加標題名
（2）直方圖規定化
close all;clear all;clc; %關閉所有圖形視窗，清除工作空間所有變數，清空命令列
i=imread(' c:\users\dell\desktop\ '); %讀入原影象
hgram=ones(1, 128);
j1=histeq(i, hgram); %對原影象進行直方圖規定化處理
hgram=ones(1, 256);
j2=histeq(i, hgram);
figure;
subplot(231);%對原影象進行螢幕控制
imshow(i); %顯示原影象
title('原影象 '); %給原影象加標題名
subplot(234),imhist(i); %顯示原影象直方圖
title('原影象直方圖 '); %加標題名
subplot(232); imshow(uint8(j1)); %顯示規定化後的影象
title('規定化後的影象 '); %加標題名
subplot(235); imhist(j1); %顯示規定化後影象直方圖
title('規定化後影象直方圖 '); %加標題名
subplot(233); imshow(uint8(j2)); %顯示規定化後的影象
title('規定化後的影象 '); %加標題名
subplot(236); imhist(j2); %顯示規定化後影象直方圖
title('規定化後影象直方圖 '); %加標題名title('規定化後影象直方圖 '); %加標題名
2、讀入一幅灰度影象，設計乙個分段灰度變換函式，對影象進行灰度變換處理，顯示原影象的直方圖和經過灰度變換處理後的影象直方圖。
close all;clear all;clc; %關閉所有圖形視窗，清除工作空間所有變數，清空命令列
i=imread('c:\users\dell\desktop\'); %讀入原影象
j1=imadjust(i,[0.4,0.8],); %對原影象進行灰度變換處理
j2=imadjust(i,[0.5,0.9],);
subplot(231),imshow(i); %顯示原影象
title('原影象 '); %加標題名
subplot(234),imhist(i); %顯示原影象直方圖
title('原影象直方圖 '); %加標題名
subplot(232),imshow(j1); %顯示對原影象進行灰度變換處理後的影象
title('灰度變換後影象 '); %加標題名
subplot(235),imhist(j1); %顯示對原影象進行灰度變換處理後的影象直方圖
title('灰度變換後影象直方圖 '); %加標題名
subplot(233),imshow(j2); %顯示對原影象進行灰度變換處理後的影象
title('灰度變換後影象 '); %加標題名
subplot(236),imhist(j2); %顯示對原影象進行灰度變換處理後的影象直方圖
title('灰度變換後影象直方圖 '); %加標題
4、實驗結果分析
1、（1）直方圖均衡化
圖1圖2
圖3從處理過後的影象和直方圖中可以觀察到，直方圖均衡化把原始影象的灰度直方圖從比較集中的某個灰度區間變成了在全部灰度範圍內的均勻分布。
(2)直方圖規定化
圖4圖5
從圖中可以看到，可以指定需要的規定化函式來得到特殊的增強功能，從而可以有選擇地增強影象中某個灰度值範圍內的對比度或使影象灰度值的分布滿足特定的要求。
2、灰度變換
圖6圖7
從圖中可以看到，經過灰度變換後得到的新灰度的直方圖比原影象的直方圖平坦得多，影象更加清晰，特徵更加明顯
5、實驗總結及心得體會
本次實驗是這門課程的第一次試驗，在此次實驗中，我用直方圖均衡化、直方圖規定化對灰度影象進行了處理，並設計分段灰度變換函式對影象進行灰度變換處理。
通過這次實驗，我掌握了灰度直方圖的概念及其計算方法，掌握了直方圖均衡化和直方圖規定化的計算過程，熟悉了matlab中影象增強的相關函式，並且通過實驗結果，更加理解了關於直方圖均衡化、直方圖規定化、灰度變化的作用以及優缺點。了解了影象的處理過程以及如何讀取，寫入，獲取畫素點。在這次試驗中，我認識到自己還有很多不足，比如編寫**還不夠熟練，在以後的學習和實驗中，我一定努力提高自己。
實驗二：影象的平滑和銳化處理
1、實驗目的
1. 了解空域濾波增強的基本原理；
2. 掌握平滑濾波器和銳化濾波器的試用；
3. 掌握影象中值濾波增強的使用；
4. 掌握低通濾波器和高通濾波器的使用
2、實驗原理
1.空域濾波增強
空域濾波是在影象中借助模板對影象進行領域操作，處理影象每乙個畫素的取值都是根據模板對輸入畫素相應領域內的畫素值進行計算得到的。空域濾波基本上是讓影象在頻域空間內某個範圍的分量受到抑制，同時保證其他分量不變，從而改變輸出影象的頻率分布，達到增強影象的目的。空域濾波一般分為線性濾波和非線性濾波兩類。
線性濾波器的設計常基於對傅利葉變換的分析，非線性空域濾波器則一般直接對領域進行操作。各種空域濾波器根據功能主要分為平滑濾波器和銳化濾波器。平滑可用低通來實現，平滑的目的克分為兩類：
一類是模糊，目的是在提取較大的目標前去除太小的細節或將目標的小間斷連線起來；另一類是消除雜訊。銳化可用高通濾波來實現，銳化的目的是為了增強被模糊的細節。結合這兩種分類方法，可將空間濾波增強分為四類：
1） 線性平滑濾波器（低通）
2） 非線性平滑濾波器（低通）
3） 線性銳化濾波器（高通）
4） 非線性銳化濾波器（高通）
空間濾波器都是基於模板卷積，其主要工作步驟是：
（1） 將模板在圖中移動，並將模板中心與途中某個畫素位置重合
（2） 將模板上的係數與模板下對應的畫素相乘
（3） 將所有乘積相加；
（4） 將和（模板的輸出響應）賦給圖中對應模板中心位置的畫素
一、平滑濾波器
（1）線性平滑濾波器
線性低通平滑濾波器也稱為均值濾波器，這種濾波器的所有係數都是正數，對的模板來說，雖簡單的是取所有係數為1，為了保持輸出影象任然在原來影象的灰度值範圍內，模板與畫素鄰域的乘積都要除以9。
matlab 提供了fspecial 函式生成濾波時所用的模板，並提供filter2函式用指定的濾波器模板對影象進行運算。
（2）非線性平滑濾波器
中值濾波器是一種常用的非線性平滑濾波器，其濾波原理與均值濾波器方法類似，但計算的不是加權求和，而是把領域中的影象的象素按灰度級進行排序，然後選擇改組的中間值作為輸出畫素值。
數字影象處理實驗報告
本次實驗的實驗目的及主要內容是濾波反投影重建,實驗目的包括以下幾點 了解影象投影的原理 認識radon變換 了解反投影重建影象的原理 認識逆radon變換 了解實現逆radon變換的方法。1.圖象投影原理 投影變換 projection transformation 是將一種地圖投影點的座標變換為另...
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