数字图像处理课程设计指导书.docx

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数字图像处理课程设计指导书

数字图像处理课程设计指导书

哈尔滨工业大学（威海电子与信息工程系

2010年11月

哈尔滨工业大学（威海课程设计报告

一.课程设计的目的...................................................................................................1

二.设计要求...............................................................................................................2

三.进度安排...............................................................................................................3

四.考核及评分标准...................................................................................................4

五.课程设计内容与要求...........................................................................................5题目一:

图像处理软件..........................................................................................5题目二:

数字水印..................................................................................................6题目三:

车牌识别..................................................................................................7题目四:

小粒产品计数..........................................................................................8题目五:

织物密度检测..........................................................................................8题目六:

工件尺寸的图像测量............................................................................10题目七:

低比特率图像压缩................................................................................11题目八:

运动目标的检测..................................................................................12题目九:

运动目标的跟踪..................................................................................13题目十:

图像复原处理软件................................................................................14六.课程设计文档提交与要求.................................................................................15

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哈尔滨工业大学（威海课程设计报告

一.课程设计的目的

数字图像处理,就是用数字计算机及其他有关数字技术,对图像进行处理,以达到预期的目的。

随着计算机的发展,图像处理技术在许多领域得到了广泛应用,数字图像处理已成为电子信息、通信、计算机、自动化、信号处理等专业的重要课程。

数字图像处理课程设计是在学习完数字图像处理的相关理论后,进行的综合性训练课程,其目的是:

1、使学生进一步巩固数字图像处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法;

2、增强学生应用Matlab编写数字图像处理的应用程序及分析、解决实际问题的能力;

3、尝试所学的内容解决实际工程问题,培养学生的工程实践能力。

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哈尔滨工业大学（威海课程设计报告

二.设计要求

1、按照设计任务书要求,使用Matlab软件独立完成设计任务,鼓励使用C语言编程实现;

2、根据设计任务写出设计工作小结,对设计过程所进行的有关步骤进行理论分析,并对完成的设计作出评价,总结自己整个设计工作中的经验教训、收获;

3、编写课程设计说明书,说明书必须按照统一格式打印,装订成册,字数一般不少于三千字;

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哈尔滨工业大学（威海课程设计报告三.进度安排

本课程设计时间为2周;

序号设计内容所用时间

1熟悉Matlab语言,学习使用图像处理工具箱和GUI编程2天

2设计实验方案（利用已掌握基本知识、原理,提出设计具体

方案,拟订设计步骤,独立完成操作,记录数据,分析结

果

分析题目,查找相关资料。

确定方案:

流程图、使用工具、基本算法,公式等等。

进行设计,编写程序代码。

3天

3上机调试程序,修改并完善设计3天

4编写文件、完成设计报告、验收答辩2天合计2周

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哈尔滨工业大学（威海课程设计报告

四.考核及评分标准

课程考核分三部分,一部分是上机率,占10%;第二部分是课程设计完成情况验收成绩,占60%;第三部分为课程设计报告,占30%。

课程设计评分基本标准如下表:

评定项目评分成绩

1.设计内容合理、方案正确,具有可行性（30分

2.设计结果（软件程序正确（20分

3.创新性（10分

4.设计报告规范、分析正确,参考文献充分（30分

5.答辩（10分

总分

备注:

成绩等级:

优（90分—100分、良（80分—89分、中（70分—79分、及格（60分—69分、60分以下为不及格。

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五.课程设计内容与要求

本课程设计包含有10个可选内容,学生需独立完成其中的一个内容。

题目一:

图像处理软件

设计内容及要求:

（1、独立设计方案,实现对图像的3种以上处理（比如:

底片化效果、灰度增强、图像复原等等,并至少对其中一种处理方法独立编程实现,不能完全使用工具箱中的函数。

（2、参考photoshop软件,设计软件界面,对处理前后的图像以及直方图等进行对比显示;

（3、将实验结果与其他软件实现的效果进行比较、分析。

总结设计过程所遇到的问题。

参考方案

1、实现图像处理的基本操作

学习使用matlab图像处理工具箱,利用imread（语句读入图像,例如image=imread（flower.jpg,对图像进行显示（如imshow（image,以及直方图计算和显示。

2、图像处理算法的实现与显示

针对课程中学习的图像处理内容,实现至少三种图像处理功能,例如模糊、锐化、对比度增强、复原操作。

改变图像处理的参数,查看处理结果的变化。

自己设计要解决的问题,例如引入噪声,去噪;引入运动模糊、聚焦模糊-5-

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等,对图像进行复原。

3、参照“photoshop”软件,设计图像处理软件界面

可设计菜单式界面,在功能较少的情况下,也可以设计按键式界面,视功能多少而定;参考matlab软件中GUI设计,学习软件界面的设计。

题目二:

数字水印

设计内容及要求:

为保护数字图像作品的知识产权,采用数字水印技术嵌入水印图像于作品中,同时尽可能不影响作品的可用性,在作品版权发生争执时,通过提取水印信息确认作品版权。

通常情况下,水印图像大小要远小于载体图像,嵌入水印后的图像可能遇到噪声、有损压缩、滤波等方面的攻击。

因此,评价水印算法的原则就是水印的隐藏性和抗攻击性。

根据这一要求,设计水印算法。

（1、查阅文献、了解数字水印的基本概念。

（2、深入理解一种简单的数字水印嵌入与提取方法。

（3、能够显示水印嵌入前后的载体图像。

（4、能够显示嵌入与提取的水印。

（5、选择一种以上攻击方法,测试水印算法的鲁棒性等性能。

参考方案

1、对水印图像进行编码置乱（可采用伪随机码,提高水印图像的隐蔽性;

2、对图像进行子图像分解（如8*8,对子块分别进行DCT变换;

3、对DCT系数按照zig-zag排序进行排列,选择一中频系数,对该中频系数相邻的系数进行水印嵌入

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4、低通滤波检验水印算法的抗攻击性。

5、设计数字水印的软件界面。

题目三:

车牌识别

设计内容及要求:

在交通管理过程中,通常采用视频监控方式对闯红灯和超速等违章车辆进行监督。

对违章车辆,需要自动检测车牌信息,提取车牌号码,以便查找车主信息和监督管理。

国内常用的一般车牌通常是是蓝底白字,长宽比3:

1。

1、对车牌图像进行预处理,然后进行车牌定位;

2、进行字符分割;

2、对车牌中的数字和字母进行提取和识别（对汉字不作要求;（提高部分

3、要求自行设计方案、编写代码实现上述功能。

参考方案

1、对图像进行预处理,增加图像的对比度;

2、根据图像的颜色对车牌区域定位

2、对图像进行旋转、二值化操作,并进行水平投影操作,根据直方图峰值和谷值对字符进行分割;

3、可采用模板匹配方法,对数字和字母进行识别,并输出识别后的结果。

4、设计车牌识别的软件界面。

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题目四:

小粒产品计数

在收购大米、枸杞等小粒产品时,我们往往要通过个体大小来评价产品的质量。

但人为计数很耗时,也不够客观准确。

我们发现,通过图像处理的方法对米粒等小物体的个数进行自动计数。

但是由于噪声的干扰,可能使得计数不够准确。

试设计一种图像处理方法,对米粒进行计数。

1、对图像进行去噪和对比度增强;

2、对米粒进行提取和计数;

3、设计软件界面。

参考方案

1、从带有噪声的米粒图像中提取背景图像,分析图像噪声分布;

2、根据噪声分布,设计去噪方法（可采用相应的滤波器;

3、提高图像对比度,然后对图像进行二值化处理;

4、利用模板操作,寻找亮像素的连通性,当连通区域结束后,对该区域进行标记;

5、记录连通区域的个数。

题目五:

织物密度检测

在织物单位长度中排列的经纬纱根数,称为织物的经纬纱密度。

织物密度的计算单位以公制计,是指10cm内经纬纱排列的根数。

密度的大小,直接影响织物的外观,手感,厚度,强力,抗折性,透气性,耐磨性和

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保暖性能等物理机械指标,同时他也关系到产品的成本和生产效率的大小。

经纬密度的测定方法可以采用直接测数法。

直接测数法是凭借照布镜或织物密度分析镜来完成。

织物密度分析镜的刻度尺长度为5cm,在分析镜头下面,一块长条形玻璃片上刻有一条红线,在分析织物密度时,移动镜头,将玻璃片上红线和刻度尺上红线同时对准某两根纱线之间,以此为起点,边移动镜头边数纱线根数,直到5cm刻度线为此。

输出之纱线根数乘以2,即为10cm织物的密度值。

在点数纱线根数时,要以两根纱线之间的中央为起点,若数到终点时,超过0.5根,而不足一根时,应按0.75根算;若不足0.5根时,则按0.25根算。

织物密度一般应测得3-4个数据,然后取其算术平均值为测定结果。

这种计数的方式可以使用图像处理技术自动来完成,设计一应用程序完成织物密度检测。

要求完成功能:

1、能够读取和存储图像,对图像进行去噪和对比度增强;

2、对任意指定的距离范围内的织物进行自动经纬纱根数计数;

3、设计软件界面。

参考方案

1、读取已获得的需要测量的织物的图像或从计算机上联接的图像获取设备中获得实际图像（提高部分;

2、对图像进行任意角度旋转,使织物纬线方向呈水平;

3、根据图像质量对对图像进行去噪和对比度增强;

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3、对纵向织物线条个数,采用垂向一阶微分算子（如sobel、roberts检测垂直向边缘;

4、对垂直向进行投影,做直方图统计,计算直方图峰值个数;

5、横向织物根数采用和纵向相同方法计数。

题目六:

工件尺寸的图像测量

在加工制造领域,需要对很多零部件尺寸进行测量,以验证零件是否符合加工要求。

一般这种测量可以通过千分尺或游标卡尺完成。

但对于很多易碎或易变形的零件,类似的测量几乎难以完成。

在这种场合,一般要求采用非接触测量方法,图像测量就是其中的方法之一。

试设计一应用软件,能够对标准形状的零件进行图像测量。

要求完成功能:

1、能够读取和存储图像,对图像进行去噪和对比度增强;

2、能够根据控制点对图像失真进行几何校正;

3、根据控制点对图像进行定标,建立像素与实际尺寸之间的对应关系;

4、对于非标准零件,利用人工鼠标操作,测量任意指定点间的距离;

5、对圆形标准零件进行自动尺寸测量（提高部分;

6、设计软件界面。

参考方案

1、读取已获得的需要测量的零件的图像或从计算机上联接的图像获取设备中获得实际图像,测试图像中应包含至少四个已知控制点（提高部分;2、根据图像质量对对图像进行去噪和对比度增强;

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3、对控制点进行手工或自动设别定位,根据定位结果进行几何校正和定标;

4、检测鼠标点击点的图像坐标,根据两点间的像素数来计算任意点间的距离。

5、对于标准形状零件,可对图像进行边缘提取后,采用拟合的方法进行尺寸测量。

也可以采用投影法进行测量。

题目七:

低比特率图像压缩

在远程抄表系统中需要将采集的图像远距离传输以供抄表人观看,由于距离远,和控制成本的问题,不能采用较高速度的波特率进行传输。

需要将采集到的图像进行压缩后传输,请你通过matlab仿真,给出一个合理的解决方案。

图像获取方法,用摄像头采集一幅图像,像素数控制在30万以内

640*480,图像大的可以裁剪,图像中数据以某数字表盘为最好,或者是汽车牌照。

或者从网上下载。

实验要求:

1、利用DCT进行jpg压缩,其中DCT可以调用函数,其它尽量自己编写代码,压缩过程可进行适当简化（通过查书了解jpg的原理;

2、对图像进行二值化,请利用二值图像压缩方法进行数据压缩,然后解压缩,看通过肉眼能否看清表盘数据,比较两种算法的压缩效果;

3、发挥部分:

以51单片机为背景用C语言将2中的方法实现;或者用matlab对压缩后的图像进行识别。

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题目八:

运动目标的检测

在视频监控领域,需要对监控画面进行存储。

长时间的存储占用了大量的硬盘空间。

为了节省存储磁盘空间,对于监视场景内没有活动目标出现时的视频画面一般不进行存储。

只有在检测到画面中存在运动目标时才进行录像存储。

设计一个视频监控软件,完成对运动目标的检测及视频存储功能。

要求完成功能:

1、对连接在计算机上的视频获取设备进行控制;

2、显示动态视频画面;

3、对画面中内容进行运动目标检测;

4、对有变化的画面进行存储,并按照系统时间命名文件名;

5、设计软件界面。

参考方案

1、从计算机上联接的图像获取设备中获得实际视频;

2、对相邻帧（或者间隔固定帧图像进行差值检测

3、差值超过一定阈值则认为有运动目标,将视频画面保存在硬盘中,持续检测,直至连续5秒内检测不到运动目标,停止录像;

4、在画面中设置不同的关注区域,只有在关注区域内图像发生变化才进行录像（提高部分

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题目九:

运动目标的跟踪

在很多应用中都要对运动目标进行跟踪。

比如激光制导中,弹载摄像机不断检测指向目标的激光束,根据激光光点的位置来修正飞行方向。

使用图像获取工具箱,从摄像机获取视频图像到matlab中,这些图像可以用来跟踪摄像机视场中的目标。

建立一个图像跟踪的演示程序,用于跟踪的目标可由一个激光笔产生的激光点代替。

要求完成功能:

1、对连接在计算机上的视频获取设备进行控制;

2、显示动态视频画面;

3、对画面中内容进行运动目标检测;

4、输出检测到的激光点的位置信息;

5、设计软件界面。

参考方案

1、运行matlab的计算机放置在摄像机视场中,激光笔发出一个红点照射在Matlab的图形窗口中。

2、当激光笔的轨迹不断移动时,摄像机获取Matlab的图形窗口中的图像,跟踪激光点的移动,这可以使激光笔像鼠标一样使用。

3、首先要对数据进行定标,以建立获取的图像像素点与Matlab图形坐标轴之间的对应关系。

一旦建立了这种关系,激光点在Matlab图形窗口中移动的时候,激光点就可以被跟踪。

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哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告题目十：

图像复原处理软件在交通肇事、刑事勘察过程中，一些监视系统拍下的图像和视频往往为破案提供了最关键的线索。

但由于成像系统聚焦模糊、拍摄场景存在相对运动以及雾天等不利环境，使得最终获取的图像往往无法使用。

为了解决这一问题，是针对上述几种情况，设计图像复原处理软件。

1、对三种失真进行仿真，并分别引入噪声；2、针对上述三种失真，分别设计图像复原滤波器，滤波器参数可选，能够通过人机交互方式针对不同程度的失真进行复原；3、设计复原处理软件，针对不同图像，可选择不同复原方法，对图像进行复原处理。

参考方案1、设计点扩散函数，分别模拟聚焦模糊、运动模糊、湍流模糊等情况，对图像进行模糊处理，并加入噪声；2、设计逆滤波和维纳滤波器，根据模糊因素，选择相应复原方法和适当参数，对失真图像进行复原；3、尝试对实际拍摄的失真图像采用该软件进行复原。

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哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告六.课程设计文档提交与要求1、设计完成后，要提交相关的文档：

1）课程设计报告书（纸质和电子版各一份；2）源程序代码（电子版）。

2、课程设计报告的格式要参考课程设计报告模板的要求编写，要包含以下内容：

1）设计题目2）设计目的及要求3）设计内容原理及方案4）详细设计过程，根据课程设计内容和要求给出设计过程和结果，并对实验结果进行描述和分析详细分析、论证设计结果，并且总结实验方法；5）设计心得体会；6）参考文献（书籍、网络资料等）。

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