DSP數(shù)字圖像處理實驗課設(shè)要點

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1、所屬課程名稱 題 目 分 院 專業(yè)班級 學生姓名 指導教師 華東交通大學理工學院 課程設(shè)計報告書 DSP原理及應用 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)設(shè)計 電信分院 12通信2班 余志強 李 杰 第一章 課程設(shè)計內(nèi)容及要求 第二章 程序設(shè)計原理 2.1 數(shù)字圖象處理基本原理 2.2 數(shù)字圖像處理常用方法 2.3 圖象灰度處理的基本原理 2.4 圖象的反色原理和實現(xiàn) 2.5 灰度圖象二值化原理及意義 第三章 程序設(shè)計步驟 第四章 總結(jié) 第一章 課程設(shè)計內(nèi)容及要求 一、設(shè)計內(nèi)容 1 了解數(shù)字圖象處理的基本原理 2 學習灰度圖象反色處理技術(shù) 3學習灰度圖象二值化

2、處理技術(shù) 第二章 程序設(shè)計原理 2、 1 數(shù)字圖像處理的基本原理 數(shù)字圖像處理是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機對其 進行處理的過程。圖像處理最早出現(xiàn)于 20 世紀 50 年代，當時的 電子計算機已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機來處理圖 形和圖像信息。數(shù)字圖像處理作為一門學科大約形成于 20 世 紀 60 年代初期。 早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量， 它以 人為對象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是 質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方 法有圖像增強、復原、編碼、壓縮等。 2、 2 數(shù)字圖像處理常用方法： 1 ）圖像變

3、換：由于圖像陣列很大，直接在空間域中進行處理， 涉及計算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立 葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域 的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有 效的處理 （如傅立葉變換可在頻域中進行數(shù)字濾波處理） 。 目前新 興研究的小波變換在時域和頻域中都具有良好的局部化特性，它 在圖像處理中也有著廣泛而有效的應用。 2 ）圖像編碼壓縮：圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量 （即比特數(shù)） ， 以便節(jié)省圖像傳輸、 處理時間和減少所占用的存儲 器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真 條件下進行。

4、編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技 術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。 3 ）圖像增強和復原：圖像增強和復原的目的是為了提高圖像的 質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像增強不考慮圖像 降質(zhì)的原因， 突出圖像中所感興趣的部分。 如強化圖像高頻分量， 可使圖像中物體輪廓清晰，細節(jié)明顯；如強化低頻分量可減少圖 像中噪聲影響。圖像復原要求對圖像降質(zhì)的原因有一定的了解， 一般講應根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型” ，再采用某種濾波方法， 恢復或重建原來的圖像。 4 ）圖像分割：圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖 像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，其有意義的特征

5、 有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進一步進行圖像識別、分析和理 解的基礎(chǔ)。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法， 但還沒有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。因此，對圖像分 割的研究還在不斷深入之中，是目前圖像處理中研究的熱點之 5 ）圖像描述：圖像描述是圖像識別和理解的必要前提。作為最 簡單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的 描述方法采用二維形狀描述， 它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。 對于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。隨著圖像處理研 究的深入發(fā)展，已經(jīng)開始進行三維物體描述的研究，提出了體積 描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法。 6 ）圖像分

6、類（識別） ：圖像分類（識別）屬于模式識別的范疇， 其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預處理（增強、復原、壓縮）后，進 行圖像分割和特征提取，從而進行判決分類。圖像分類常采用經(jīng) 典的模式識別方法，有統(tǒng)計模式分類和句法（結(jié)構(gòu)）模式分類， 近年來新發(fā)展起來的模糊模式識別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模式分類在圖 像識別中也越來越受到重視。 2.3 圖像的灰度化處理的基本原理 將彩色圖像轉(zhuǎn)化成為灰度圖像的過程成為圖像的灰度化處理。 彩色圖像中的每個像素的顏色有 R、 G、 B 三個分量決定， 而每個 分量有 255 中值可 取， 這樣 一個像 素點 可以 有 1600 多萬 （255*255*255 ）的

7、顏色的變化范圍。而灰度圖像是 R、 G、 B 三 個分量相同的一種特殊的彩色圖像，其一個像素點的變化范圍為 255 種，所以在數(shù)字圖像處理種一般先將各種格式的圖像轉(zhuǎn)變成 灰度圖像以使后續(xù)的圖像的計算量變得少一些?；叶葓D像的描述 與彩色圖像一樣仍然反映了整幅圖像的整體和局部的色度和亮度 等級的分布和特征。圖像的灰度化處理可用兩種方法來實現(xiàn)。 1）使求出每個像素點的 R、 G、 B 三個分量的平均值，然后將 這個平均值賦予給這個像素的三個分量。 （ 2） 根據(jù) YUV 的顏色空間中， Y 的分量的物理意義是點的亮度， 由該值反映亮度等級，根據(jù) RGB 和 YUV 顏色空間的變化關(guān)系

8、可 建立亮度 Y 與 R、 G、 B 三個顏色分量的對應： Y=0.3R+0.59G+0.11B,以這個亮度值表達圖像的灰度值 。 2.4 圖像的反色原理 對于彩色圖像的 R、 G、 B 各彩色分量取反的技術(shù)就是圖像的反色 處理，這在處理二值化圖像的連通區(qū)域選取的時候非常重要。如 物體連通域用黑色表示，而二值化后的物體連通域圖像可那是白 色的，而背景是黑色的，這時應手動選取圖像的反色處理或有程 序根據(jù)背景和物體連通域兩種顏色的數(shù)量所占比例而自動選擇是 否選擇選取圖像的反色處理。 2.5 灰度圖像二值化原理及意義 作為一種高效智能的人機交互手段，身份證的快速識別技術(shù)可以

9、廣泛的應用于公民身份核查、暫住人口調(diào)查、旅店業(yè)登記核查、 罪犯追逃等公安業(yè)務當中，大大提高了工作人員的錄入速度，減 少了用戶的等待時間，提高了工作效率。由于身份證圖像背景復 雜，由激光防偽陰影網(wǎng)格線及各種版面噪聲構(gòu)成；且因激光防偽 標志和打印條件的千差萬別，再加上身份證圖像質(zhì)量偏差，給身 份證的字符識別帶來了很大的困難。必須經(jīng)過預處理，除去大量 的噪聲信號，才能更好的進行字符的定位、分割，以及識別。而 二值化是預處理中非常重要的一步，也是最為關(guān)鍵的一步，它直 接影響到 OCR 系統(tǒng)的性能。 研究者在分析和討論了多種圖像二值 化的優(yōu)缺點后，在吸取各種方法優(yōu)點的基礎(chǔ)上，提出了一種

10、新的 身份證掃描圖像的二值化方法——嵌入式多閾值動態(tài)自適應的二 值化方法。 圖像二值化是圖像處理中的一項基本技術(shù)，也是很多圖像處理技 術(shù)的預處理過程。在顆粒分析、模式識別技術(shù)、光學字符識別 (OCR)、醫(yī)學數(shù)據(jù)可視化中的切片配準等應用中，圖像二值化是 它們進行數(shù)據(jù)預處理的重要技術(shù)。由于圖像二值化過程將會損失 原圖像的許多有用信息，因此在進行二值化預處理過程中，能否 保留原圖的主要特征非常關(guān)鍵。在不同的應用中，圖像二值化時 閾值的選擇是不同的。因此，自適應圖像閾值的選取方法非常值 得研究。研究者對圖像二值化方法進行了討論，在此基礎(chǔ)上提出 了一個新的圖像二值化算法。該算法基于

11、數(shù)學形態(tài)學理論，較好 地保留了圖像二值化時原圖的邊緣特征。 圖像的二值化處理就是講圖像上的點的灰度置為 0 或 255，也就 是講整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。即將 256 個亮度等級的灰 度圖像通過適當?shù)拈y值選取而獲得仍然可以反映圖像整體和局部 特征的二值化圖像。在數(shù)字圖像處理中，二值圖像占有非常重要 的地位，特別是在實用的圖像處理中，以二值圖像處理實現(xiàn)而構(gòu) 成的系統(tǒng)是很多的，要進行二值圖像的處理與分析，首先要把灰 度圖像二值化，得到二值化圖像，這樣子有利于再對圖像做進一 步處理時，圖像的集合性質(zhì)只與像素值為 0 或 255 的點的位置有 關(guān)，不再涉及像素的多級值，使處理

12、變得簡單，而且數(shù)據(jù)的處理 和壓縮量小。為了得到理想的二值圖像，一般采用封閉、連通的 邊界定義不交疊的區(qū)域。 所有灰度大于或等于閥值的像素被判定為屬于特定物體，其灰度 值為 255 表示，否則這些像素點被排除在物體區(qū)域以外，灰度值 為 0，表示背景或者例外的物體區(qū)域。如果某特定物體在內(nèi)部有 均勻一致的灰度值，并且其處在一個具有其他等級灰度值的均勻 背景下，使用閥值法就可以得到比較的分割效果。如果物體同背 景的差別表現(xiàn)不在灰度值上 （比如紋理不同） ， 可以將這個差別特 征轉(zhuǎn)換為灰度的差別，然后利用閥值選取技術(shù)來分割該圖像。動 態(tài)調(diào)節(jié)閥值實現(xiàn)圖像的二值化可動態(tài)觀察其分割圖像的具

13、體結(jié) 果。 第三章 程序設(shè)計步驟 1、首先，在PC機的D盤新建目錄“ tu ,并把“l(fā)ena64.bmp”拷 貝到該目錄下。然后啟動 CCS 2.0用Project/Open打開 “Exp12_cpu1” 目錄下 “exp12.pjt” 工程文件；并雙擊 “exp12.pjt” 及“Source可查看源程序；并加載“ exp12.out”； 2、在源程序“exp12..c”中，在三個“i=0”處設(shè)置三個斷點；（如 下圖所示）； 血時心自國圖日圓也 拿hl - 」i -面”1 O*bn. _| D*ptndt Peq" 二J BSF/BW 口由 」G*h*r*u* Fi l

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16、/Graph/Image打開一個圖形觀察窗口，以觀察程序載入 的“ lena64.bmp”圖像，該圖彳應保存在“ D: \Tu”目錄中；按 下圖設(shè)置該圖形觀察窗口，觀察變量 y,為64*64的二維數(shù)組; Di splay Type Image Graphic 氯 Di splay RGB Yes DATA 64 84 Image Origin Bottom Left Gr^ph Title Color Space Interleaved Data Sources Start Address Page Linei Fer Display Pixels

17、Per Line Byte Packing to Fill 32 Bits No Bits Per Pixel 8 (256 Color Falette) Or我y Scale。 256 Colors Status Bar Display On 5、單擊“ Run”，程序運行到第一個斷點處停止 Cursor Mode Data Cursor * Fl19 T _J 力 fil^^ "_J旨4E - 總 wlZ—U (Ub.. I - ? - ■ p.istlul Pt c- i * UJisw^trcj 二 fF” O 1 hie： l_jl XiwsJvidfe 支

18、1-) Li-hrwiifi _J f jiJTCf 1*2 wz.通 1n?2 X^.l ILJ V— ikB ■ =1 liiJec r4 6、單擊“Run”，程序運行到第二個斷點處停止，這時可在圖形觀察 窗口中，觀察到原圖象經(jīng)反色處理后的結(jié)果圖象 川“ I _J ：ttL -Fi Ik -」 a 總 W1工 "二1 二馬餐米八日4用Fjfe i + _| F:Le: .. IoicIulIb LI hit-KT L =_J ：r - -i i-r 皿 H 4 ** wUhL iUH j] H以。1 7、單擊“Run”，程序運行到第三個斷點處停止；這時

19、可在圖形觀察 窗口中，觀察到原圖象經(jīng)二值化處理后的結(jié)果圖象，本程序中，二值 化處理閥值設(shè)為128 . n*h-r 3現(xiàn)束 ■ D141FA 12o-19O.：l 0141FE 04C4S3 口142 口 1 L"二 0H2DL MM口口 0142D4 3cD4 口 142口6 總皿口口 UH7D9(叫1口17H DM2DE 5X nn4?in &t(= i 3 I J5力 -ft-OJBZtS -Fjt LJ 3^Hhlfi*ll Fl 」.”.■:C總！ _| WiScT tit id Fil E： UJ 工 -|^| libr kt i b-r -_J

20、 Sawcf j Jp棺 4 -工 i a.i U -w Mt 圖 1 iaJkr rad 8、關(guān)閉各窗口，本實驗結(jié)束。 第四章總結(jié) 每一次的課設(shè)總能給我很多感觸。 雖然之前每個學期都會做課設(shè)，但 是經(jīng)歷一次就會有更多的收獲。作為一個當代大學生，我明白想要在 將來的社會立足，就得學會思考，學會動腦，學會學習。這次課程設(shè) 計之后，我深深明白課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗， 而 且也是對自己能力的一種提高。 這個學期做過7次CCS的仿真實驗。對于一個新的實驗內(nèi)容，我并 不是很適應。但是在同學的幫助下，然后通過上網(wǎng)查找資料，結(jié)合實 驗課本我開始慢慢進入狀態(tài)。 漸漸地，我能

21、夠較為順利的建立好仿真模型圖。 當然這期間經(jīng)歷過很 多失敗。我的基礎(chǔ)本來也不是很扎實，所以這些對我來說，需要花更 多的時間去調(diào)試。最后能夠把自己的照片處理成符合課設(shè)要求， 這樣 使我對原來 CCS 軟件使用更加熟練。 在整個操作過程中也不可避免 地出現(xiàn)了一些問題。例如編程調(diào)試，圖片效果不明顯。在李杰老師的 指導下，我理解 CCS 的精髓，并完成了課設(shè)。 我參考了許多書籍及 資料，對此報告進行完善。 不僅完成了報告，還起到了進一步學習了 CCS 軟件的使用，這對于以后學習工作都會有很大的幫助。 在此要 感謝我們的指導老師 老師和熱心同學（ 等人）對我悉心的指導， 感謝老師及那些熱心的同學給我的幫助。 讓我得以較為順利地完成此 次的課程設(shè)計。在設(shè)計過程中，我學會了獨立思考，養(yǎng)成查閱資料的 習慣，使自己學到了不少知識，雖也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲更是巨 大。我明白很多道理，培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作 能力的信心， 這些對我個人今后的人生學習工作都有著非常重要的影 響。 相對薄弱的動手能力也得到了大大提高， 我也充分體會到了在創(chuàng) 造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。 由于本人基礎(chǔ)不是很好， 所以導致整個實驗報告不那么完美。 也難免 沒有差錯。懇請老師幫忙指正，我一定好好改正。爭取在以后的學習 工作中不犯同樣的錯誤。謝謝！