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数字图像处理(MATLAB 版) 实验指导书( 试用版) 本实验指导书配合教材和课堂笔记中的例题使用姚天曙编写安徽农业大学工学院 2009 年4 月试行 1 目录实验一、数字图像获取和格式转换 2 实验二、图像亮度变换和空间滤波 6 实验三、频域处理 7 实验四、图像复原 9 实验五、彩***像处理 10 实验六、图像压缩 11 实验七、图像分割 13 教材与参考文献 14 2 《数字图像处理》实验指导书实验一、数字图像获取和格式转换一、实验目的 1 掌握使用扫描仪、数码相机、数码摄像级机、电脑摄像头等数字化设备以及计算机获取数字图像的方法; 2 修改图像的存储格式;并比较不同压缩格式图像的数据量的大小。二、实验原理数字图像获取设备的主要性能指标有 x、y 方向的分辨率、色彩分辨率( 色彩位数) 、扫描幅面和接口方式等。各类设备都标明了它的光学分辨率和最大分辨率。分辨率的单位是 dpi , dpi 是英文 Dot Per Inch 的缩写,意思是每英寸的像素点数。扫描仪扫描图像的步骤是: 首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上,原稿可以是文字稿件或者图纸照片;然后启动扫描仪驱动程序后,安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。为了均匀照亮稿件,扫描仪光源为长条形,并沿y 方向扫过整个原稿;照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙,形成沿x 方向的光带,又经过一组反光镜,由光学透镜聚焦并进入分光镜,经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的 RGB D 上, CCD 将 RGB 光带转变为模拟电子信号,此信号又被 A/D 变换器转变为数字电子信号。至此,反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号,最后通过串行或者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿 x 方向一行的图像信息,随着沿 y 方向的移动, 在计算机内部逐步形成原稿的全图。扫描仪工作原理见图 。图 扫描仪的工作原理 3 在扫描仪的工作过程中, 有两个元件起到了关键的作用。 D , 它将光信号转换成为电信号; 另一个是 A/D 变换器, 它将模拟电信号变为数字电信号。 CC D 是 Charge Couple Device 的缩写,称为电荷耦合器件,它是利用微电子技术制成的表面光电器件, 可以实现光电转换功能。 CCD 在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛,D ,即包括 x、y 两个方向用于摄取平面图像, D , 它只有 x 一个方向,y 方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。 CCD 芯片上有许多光敏单元, 它们可以将不同的光线转换成不同的电荷,从而形成对应原稿光图像的电荷图像。数码相机的系统结构( 见图 ) 数码相机的许多特殊部件, 如图像传感器( CC D 或 CMOS )、模/ 数转换器( A/D )、数字信号处理单元( DSP )、图像存储器、液晶显示器( LCD )以及输出控制单元(连接端口)等是传统胶片相机所没有的。仔细分析一下数码相机的原理方框图, 我们不难发现, 数码相机的系统工作过程就是把光信号转化为数字信号的过程。D 电荷耦合器件这种光敏元件代代替胶卷感光成像。光线通过透镜系统和滤色器(滤光器)D 光敏元件上, CCD 元件将其光强和色彩转换为电信号记录到数码相机的存储器中,形成计算机可以处理的数字信号。数码相机除了光学透镜系统外, 其余几乎全由电子电路控制。基本的信号处理过程非常简单。D 送来的电信号通过 A/D 转换器转换为数字信号,然后送入具有信号处理能力的 DSP (数字信号处理器)。 DSP 处理工作量很大,一般都设计成专用的硬件。信号进一步送给离散余弦变换部件 DCT 进行 JPEG 压缩, 然后通过接口电路记录到位于最后一级的存储器。 数码相机原理图 4 数码摄像机的感光器件也即数码摄像机感光成像的部件, 能把光线转变成电荷, 通过模数转换器芯片转换成数字信号。目前数码摄像机的核心成像部件有两种:一 D (电荷藕合)元件;另一种是 CMOS (互补金属氧化物导体)器件。D ( Charge Coupled Device ),它使用一种高感光度的半导体材料制成, 能把光线转变成电荷, 通过模数转换器芯片转换成数字信号, 数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。 CCD 由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。D 表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。互补性氧化金属半导体 CMOS ( Complementary Metal-Oxide Semiconductor )D 一样同为在数码相机中可记录光线变