1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 白鑫利 学 号： 18 学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 图像压缩方法研究 指导教师： 赵英亮 陈平 职称: 副教授 2013 年 12 月 26 日中北大学课程设计任务书13/14 学年第 一 学期学 院： 信息商务学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 宋 锃 学 号： 28 学 生 姓 名： 白鑫利 学 号： 18 学 生 姓 名： 贾 琦 学 号： 19 课程设计题目：信息处理综合实践: 基于MATLAB 的多分辨图像重建算法研究起 迄 日 期： 2013 年 12 月 16 日2013 年 12 月 27
2、日 课程设计地点： 电子信息科学与技术专业实验室指 导 教 师： 陈 平 系 主 任： 王浩全 下达任务书日期: 2013 年 12 月 15 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1、通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力；2、掌握 Matlab 使用方法，能熟练运用该软件设计并完成相应的信息处理；3、通过图像处理实践的课程设计，掌握设计图像处理软件系统的思维方法和基本开发过程。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：(1)自选图像，利用图像线性插值技术，实现分辨率提高（2 倍，
3、4 倍） ；(2)利用图像线性插值技术，实现分辨率降低（1/2 倍，1/4 倍） ；(3)要求每位学生进行查阅相关资料，并写出自己的报告。注意每个学生的报告要有所侧重，写出自己所做的内容。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文) 、图纸、实物样品等：每个同学独立完成自己的任务，每人写一份设计报告，在课程设计论文中写明自己设计的部分，给出设计结果。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1. 阮秋琦等.数字图像处理（第三版）.北京：电子工业出版社.20112. 冈萨雷斯等.数字图像处理（MATLAB 版）.北京：电子工业出版社.20013. 杨杰等.数字图像处理及 MATLA
4、B 实现：学习与实验指导.北京：电子工业出版社.20104. 刘卫国等.MATLAB 程序设计与应用.北京：高等教育出版社.20065. 许国根等.模式识别与智能计算的 MATLAB 实现.北京：北京航空航天大学出版社.20125设计成果形式及要求：毕业设计说明书仿真结果6工作计划及进度：2013 年12 月 16 日 12 月 19 日：查资料；12 月 19 日 12 月 24 日：在指导教师指导下设计方案；12 月 25 日 12 月 27 日：撰写课程设计说明书； 12 月 27 日：答辩系主任审查意见：签字： 年 月 日目 录1 绪论 .1.1 数字图像处理简介 .1.2 最 邻 近
5、 插 值 和 双 线 性 插 值 算 法 的 比 较 .2 图像的获取 .2.1 图像的读取与保存 .3 图像的处理 .3.1 图像的亮度和对比度调整 .3.1.1 图像的亮度调整 .3.1.2 图像的对比度调整 .3.2 区域图像的选取与保存 .3.3 利用算法对图像的处理 .3.3.1 双线性插值法 .4 总结及心得体会 .5 参考文献 .1 绪论1.1 数字图像处理简介数 字 图 像 处 理 （ Digital Image Processing） 又 称 为 计 算 机 图 像 处 理 ，它 是 指 将 图 像 信 号 转 换 成 数 字 信 号 并 利 用 计 算 机 对 其 进 行
6、处 理 的 过 程 。数 字 图 像 处 理 有 以 下 6 种 常 用 方 法 ：1） 图 像 变 换由 于 图 像 阵 列 很 大 ， 直 接 在 空 间 域 中 进 行 处 理 ， 涉 及 计 算 量 很 大 。 因 此 ，往 往 采 用 各 种 图 像 变 换 的 方 法 ， 如 傅 立 叶 变 换 、 沃 尔 什 变 换 、 离 散 余 弦 变 换等 间 接 处 理 技 术 ， 将 空 间 域 的 处 理 转 换 为 变 换 域 处 理 ， 不 仅 可 减 少 计 算 量 ，而 且 可 获 得 更 有 效 的 处 理 （ 如 傅 立 叶 变 换 可 在 频 域 中 进 行 数 字 滤
7、 波 处 理 ） 。目 前 新 兴 研 究 的 小 波 变 换 在 时 域 和 频 域 中 都 具 有 良 好 的 局 部 化 特 性 ， 它 在 图像 处 理 中 也 有 着 广 泛 而 有 效 的 应 用 。 2） 图 像 编 码 压 缩图 像 编 码 压 缩 技 术 可 减 少 描 述 图 像 的 数 据 量 （ 即 比 特 数 ） ， 以 便 节 省 图像 传 输 、 处 理 时 间 和 减 少 所 占 用 的 存 储 器 容 量 。 压 缩 可 以 在 不 失 真 的 前 提 下获 得 ， 也 可 以 在 允 许 的 失 真 条 件 下 进 行 。 编 码 是 压 缩 技 术 中 最
8、 重 要 的 方 法 ，它 在 图 像 处 理 技 术 中 是 发 展 最 早 且 比 较 成 熟 的 技 术 。 3） 图 像 增 强 和 复 原图 像 增 强 和 复 原 的 目 的 是 为 了 提 高 图 像 的 质 量 ， 如 去 除 噪 声 ， 提 高 图 像的 清 晰 度 等 。 图 像 增 强 不 考 虑 图 像 降 质 的 原 因 ， 突 出 图 像 中 所 感 兴 趣 的 部 分 。如 强 化 图 像 高 频 分 量 ， 可 使 图 像 中 物 体 轮 廓 清 晰 ， 细 节 明 显 ； 如 强 化 低 频 分量 可 减 少 图 像 中 噪 声 影 响 。 图 像 复 原 要
9、 求 对 图 像 降 质 的 原 因 有 一 定 的 了 解 ，一 般 讲 应 根 据 降 质 过 程 建 立 “降 质 模 型 ”， 再 采 用 某 种 滤 波 方 法 ， 恢 复 或 重建 原 来 的 图 像 。 4） 图 像 分 割图 像 分 割 是 数 字 图 像 处 理 中 的 关 键 技 术 之 一 。 图 像 分 割 是 将 图 像 中 有 意义 的 特 征 部 分 提 取 出 来 ， 其 有 意 义 的 特 征 有 图 像 中 的 边 缘 、 区 域 等 ， 这 是 进一 步 进 行 图 像 识 别 、 分 析 和 理 解 的 基 础 。 虽 然 目 前 已 研 究 出 不 少
10、 边 缘 提 取 、区 域 分 割 的 方 法 ， 但 还 没 有 一 种 普 遍 适 用 于 各 种 图 像 的 有 效 方 法 。 因 此 ， 对图 像 分 割 的 研 究 还 在 不 断 深 入 之 中 ， 是 目 前 图 像 处 理 中 研 究 的 热 点 之 一 。 5） 图 像 描 述图 像 描 述 是 图 像 识 别 和 理 解 的 必 要 前 提 。 作 为 最 简 单 的 二 值 图 像 可 采 用其 几 何 特 性 描 述 物 体 的 特 性 ， 一 般 图 像 的 描 述 方 法 采 用 二 维 形 状 描 述 ， 它 有边 界 描 述 和 区 域 描 述 两 类 方 法
11、 。 对 于 特 殊 的 纹 理 图 像 可 采 用 二 维 纹 理 特 征 描述 。 随 着 图 像 处 理 研 究 的 深 入 发 展 ， 已 经 开 始 进 行 三 维 物 体 描 述 的 研 究 ， 提出 了 体 积 描 述 、 表 面 描 述 、 广 义 圆 柱 体 描 述 等 方 法 。 6） 图 像 分 类 （ 识 别 ）图 像 分 类 （ 识 别 ） 属 于 模 式 识 别 的 范 畴 ， 其 主 要 内 容 是 图 像 经 过 某 些 预处 理 （ 增 强 、 复 原 、 压 缩 ） 后 ， 进 行 图 像 分 割 和 特 征 提 取 ， 从 而 进 行 判 决 分类 。 图
12、 像 分 类 常 采 用 经 典 的 模 式 识 别 方 法 ， 有 统 计 模 式 分 类 和 句 法 （ 结 构 ）模 式 分 类 ， 近 年 来 新 发 展 起 来 的 模 糊 模 式 识 别 和 人 工 神 经 网 络 模 式 分 类 在 图像 识 别 中 也 越 来 越 受 到 重 视 。1.2 最 邻 近 插 值 和 双 线 性 插 值 算 法 的 比 较 图 像 缩 放 是 数 字 图 像 处 理 的 一 个 基 本 内 容 ， 为 了 更 好 地 对 数 字 图 像 细 节 进 行描 述 ， 实 验 图 像 处 理 中 的 空 间 变 换 、 最 邻 近 插 值 算 法 ， 重
13、 点 分 析 了 双 线 性 插值 算 法 ， 并 通 过 MATLAB 仿 真 进 行 图 像 的 缩 放 ， 比 较 实 验 结 果 ， 从 而 验 证 双线 性 插 值 算 法 效 果 较 好 。 关 键 词 ： 图 像 缩 放 ； 空 间 变 换 ； 最 邻 近 插 值 ； 双 线 性 插 值 ； 1.2.1 图 像 处 理 中 的 空 间 变 换 图 像 的 空 间 变 换 1， 也 称 几 何 变 换 或 几 何 运 算 ， 包 括 图 像 的 平 移 、 旋 转 、镜 像 变 换 、 转 置 、 缩 放 等 。 几 何 运 算 可 改 变 图 像 中 各 物 体 之 间 的 空
14、间 关 系 ，这 种 运 算 可 以 跛 看 成 是 将 各 物 体 在 图 像 内 移 动 。 空 间 变 换 可 如 下 表 示 ： 设 (u， v)为 源 图 像 上 的 点 ， (x， y)为 目 标 图 像 上 的点 ， 则 空 间 变 换 就 是 将 源 图 像 上 (u， v)处 的 颜 色 值 与 目 标 图 像 上 (X， y)处的 颜 色 对 应 起 来 (u， v) (x， y) 并 具 有 以 下 关 系 ： x=X(u， v)， y=Y(u， v) （ 即 由 (u， v)计 算 对 应 (x， y)）(1) 或 u=U(x， y)， v=V(x， y) （ 即 由
15、(x， y)计 算 对 应 (u， v)）(2) 其 中 X(u， v)、 Y(u， v)、 U(x， y)、 V(x， y)均 为 变 换 。 由 (1.1)对 应 的 变换 称 作 向 前 映 射 法 也 叫 像 素 移 交 法 ， 而 由 (1.2)对 应 的 变 换 称 作 向 后 映 射 法也 叫 像 素 填 充 法 ， 向 后 映 射 法 是 向 前 映 射 法 的 逆 1,4。 对 于 向 前 映 射 法 来 说 ， 由 于 许 多 输 入 像 素 可 能 映 射 到 输 出 图 像 的 边 界 之 外 ，故 向 前 映 射 法 有 些 浪 费 ， 而 且 每 个 输 出 像 素
16、 的 灰 度 值 可 能 要 由 许 多 输 入 像 素的 灰 度 值 来 决 定 ， 因 此 要 涉 及 多 次 运 算 。 如 果 空 间 变 换 中 包 括 缩 小 处 理 ， 则会 有 四 个 以 上 的 输 入 像 素 来 决 定 输 出 像 素 的 灰 度 值 。 如 果 含 有 放 大 处 理 ， 则一 些 输 出 像 素 可 能 被 漏 掉 。 而 向 后 映 射 算 法 是 逐 像 素 、 逐 行 地 产 生 输 出 图 像 。每 个 像 素 的 灰 度 级 由 最 多 四 个 像 素 参 与 的 插 值 所 唯 一 确 定 ， 虽 然 向 后 映 射 法比 向 前 映 射
17、法 要 复 杂 ， 但 是 向 后 映 射 法 对 于 般 的 应 用 却 具 有 更 为 现 实 的意 义 。 2 图像的获取2.1 图像的读取与保存利用函数 imread()可完成图形图像文件的读取，其调用格式为：a=imread(filename,fmt)X,map=imread(filename,fmt).=imread(filename).=imread(filename,idx) （只对 TIF 格式的文件）.=imread(filename,ref) （只对 HDF 格式的文件）通常，读取的大多数图像均为 8bit，当这些图像加载到内存中时，Matlab就将其存放在类 uint8
18、 中。此为 Matlab 还支持 16bit 的 PNG 和 TIF 图像，当读取这类文件时，Matlab 就将其存贮在 uint16 中。对于索引图像，即使图像阵列的本身为类 uint8 或类 uint16，imread 函数仍将颜色映象表读取并存贮到一个双精度的浮点类型的阵列中。利用函数 imwrite（）可以完成对图像数据的保存操作，语法：imwrite(A,filename,fmt)imwrite(X,map,filename,fmt)imwrite(.,filename)imwrite(.,Param1,Val1,Param2,Val2.)A 可以是一个 M -的- N 的（灰度图像
19、）或 M -的- N 的按 3（真彩色图像）阵列，但它不能是一个空数组。至于 TIFF 文件，A 可以是一个 m -的- N 的 4 数组，包含颜色数据，使用的 CMYK 色彩空间。对于 GIF 文件，A 可以是一个m -的- N 的按 1 由- P 的含灰度或索引图像阵列 - RGB 图像不支持。程序如下：xiaowu=imread(F:matlabmokuixiaowu.jpg); %读取图像路径figuresubplot(1,1,1)imshow(xiaowu); %显示图像title(原彩色图)imwrite(xiaowu,F:matlabmokuinew_xiaowu.jpg); 得
20、到的彩色图像如下图 2.1 原彩色图说明：所选择的彩色图的像素为 1600*1200。3 图像的处理3.1 图像的亮度和对比度调整图像的亮度和对比度调整分别使用函数 imadjust（）和 rgb2gray（）函数。3.1.1 图像的亮度调整图像的亮度调整使用 imadjust（）函数，其调用格式如下：J = imadjust(I)J = imadjust(I,low_in; high_in,low_out; high_out)J = imadjust(I,low_in; high_in,low_out; high_out,gamma)newmap = imadjust(map,low_in; high_in,low_out; high_out,gamma)RGB2 = imadjust(RGB1,.)
