數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)(matlab版)

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1、數(shù)字圖像處理(MATLAB版)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(試用版)湖北師范學(xué)院教育信息與技術(shù)學(xué)院2009年4月試行１２目錄實(shí)驗(yàn)一、數(shù)字圖像獲取和格式轉(zhuǎn)換2實(shí)驗(yàn)二、圖像亮度變換和空間濾波6實(shí)驗(yàn)三、頻域處理7實(shí)驗(yàn)四、圖像復(fù)原9實(shí)驗(yàn)五、彩色圖像處理10實(shí)驗(yàn)六、圖像壓縮11實(shí)驗(yàn)七、圖像分割13教材與參考文獻(xiàn)14１２《數(shù)字圖像處理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一、數(shù)字圖像獲取和格式轉(zhuǎn)換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握使用掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像級機(jī)、電腦攝像頭等數(shù)字化設(shè)備以及計算機(jī)獲取數(shù)字圖像的方法；2修改圖像的存儲格式；并比較不同壓縮格式圖像的數(shù)

2、據(jù)量的大小。二、實(shí)驗(yàn)原理　　數(shù)字圖像獲取設(shè)備的主要性能指標(biāo)有x、y方向的分辨率、色彩分辨率（色彩位數(shù)）、掃描幅面和接口方式等。各類設(shè)備都標(biāo)明了它的光學(xué)分辨率和最大分辨率。分辨率的單位是dpi，dpi是英文DotPerInch的縮寫，意思是每英寸的像素點(diǎn)數(shù)。掃描儀掃描圖像的步驟是:首先將欲掃描的原稿正面朝下鋪在掃描儀的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者圖紙照片；然后啟動掃描儀驅(qū)動程序后，安裝在掃描儀內(nèi)部的可移動光源開始掃描原稿。為了均勻照亮稿件，掃描儀光源為長條形，并沿y方向掃過整個原稿；照射到原稿上

3、的光線經(jīng)反射后穿過一個很窄的縫隙，形成沿x方向的光帶，又經(jīng)過一組反光鏡，由光學(xué)透鏡聚焦并進(jìn)入分光鏡，經(jīng)過棱鏡和紅綠藍(lán)三色濾色鏡得到的RGB三條彩色光帶分別照到各自的CCD上，CCD將RGB光帶轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電子信號，此信號又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信號。至此，反映原稿圖像的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)能夠接受的二進(jìn)制數(shù)字電子信號，最后通過串行或者并行等接口送至計算機(jī)。掃描儀每掃一行就得到原稿x方向一行的圖像信息，隨著沿y方向的移動，在計算機(jī)內(nèi)部逐步形成原稿的全圖。掃描儀工作原理見圖1.1。１２圖1.1掃描儀

4、的工作原理在掃描儀的工作過程中，有兩個元件起到了關(guān)鍵的作用。一個是CCD，它將光信號轉(zhuǎn)換成為電信號；另一個是A/D變換器，它將模擬電信號變?yōu)閿?shù)字電信號。CCD是ChargeCoupleDevice的縮寫，稱為電荷耦合器件，它是利用微電子技術(shù)制成的表面光電器件，可以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。CCD在攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過攝像機(jī)中使用的是點(diǎn)陣CCD，即包括x、y兩個方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個方向，y方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來完成。CCD芯片上有許多光

5、敏單元，它們可以將不同的光線轉(zhuǎn)換成不同的電荷，從而形成對應(yīng)原稿光圖像的電荷圖像。數(shù)碼相機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（見圖1.2）數(shù)碼相機(jī)的許多特殊部件，如圖像傳感器（CCD或CMOS）、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）、數(shù)字信號處理單元（DSP）、圖像存儲器、液晶顯示器（LCD）以及輸出控制單元（連接端口）等是傳統(tǒng)膠片相機(jī)所沒有的。???仔細(xì)分析一下數(shù)碼相機(jī)的原理方框圖，我們不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼相機(jī)的系統(tǒng)工作過程就是把光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程。數(shù)碼相機(jī)使用CCD電荷耦合器件這種光敏元件代代替膠卷感光成像。光線通過透鏡系統(tǒng)和濾色

6、器（濾光器）投射到CCD光敏元件上，CCD元件將其光強(qiáng)和色彩轉(zhuǎn)換為電信號記錄到數(shù)碼相機(jī)的存儲器中，形成計算機(jī)可以處理的數(shù)字信號。???數(shù)碼相機(jī)除了光學(xué)透鏡系統(tǒng)外，其余幾乎全由電子電路控制?；镜男盘柼幚磉^程非常簡單。由CCD送來的電信號通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入具有信號處理能力的DSP（數(shù)字信號處理器）。DSP處理工作量很大，一般都設(shè)計成專用的硬件。信號進(jìn)一步送給離散余弦變換部件DCT進(jìn)行JPEG壓縮，然后通過接口電路記錄到位于最后一級的存儲器。１２圖1.2數(shù)碼相機(jī)原理圖　　數(shù)碼攝像

7、機(jī)的感光器件也即數(shù)碼攝像機(jī)感光成像的部件，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。目前數(shù)碼攝像機(jī)的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體）器件。電荷藕合器件圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)，并借助于計算機(jī)的處理手段，

8、根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機(jī)芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶