实验三 空域图像增强.docx
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实验三空域图像增强
实验三空域图像增强（灰度变换、直方图处理）
一、实验目的
1.掌握灰度变换的基本原理。
2.掌握直方图处理的基本原理。
3.掌握Matlab中灰度变换和直方图处理的实现方法。
二、实验内容
1.灰度变换（直接正比变换）。
2.灰度变换（截取式正比变换）。
3.灰度变换（反比变换）。
4.灰度变换（对比拉伸）。
5.灰度变换（灰度切割）。
6.灰度变换（对数变换）。
7.灰度变换（幂次变换）。
8.直方图处理（直方图均衡化）。
三、实验仪器、设备及材料
1.电脑一台（2GCPU、2GBRAM、50GBDisk及以上）。
2.Windows2000/WindowsXP/Windows7。
3.MatlabR2006b及以上版本。
4.记录用的笔、纸。
四、实验原理
1.灰度变换
灰度变换是一种点操作，根据原始图像中每个像素的灰度值，按照某种映射规则将其转化为另一灰度值。
其原理是将原图像f（x,y）中的每个像素的灰度按EH操作直接变换以得到目标图像g（x,y）。
若以s表示f（x,y），以t表示g（x,y），则灰度变换原理如下图所示：
2.直方图处理
直方图变换可以清晰图像细节，突出目标物体，改善亮度比例关系，增强图像对比度。
直方图变换基于概率论。
直方图均衡化主要用于增强动态范围偏小的图像的反差。
其基本思想是把原图像的直方图转换为均匀分布的形式，增加像素灰度值的动态范围，增强图像整体对比度。
五、实验步骤
1.灰度变换（直接正比变换）
（1）程序源代码：
closeall
clear15
clc
disp（'====E4_4_1.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（3,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（3,3,2）,imhist（I）;
%方法1-系统函数
J=imadjust（I,[40/255204/255],[01]）;%图像的最小灰度值为40，最大灰度值为204
subplot（3,3,4）,imshow（J）,ylabel（'变换图像（方法1）'）;
subplot（3,3,5）,imhist（J）;
%方法2-编程实现
%把灰度值范围从[40,204]映射到[0,255]
f0=0;g0=0;%分段曲线的第1个点
f1=40;g1=0;%分段曲线的第2个点
f2=204;g2=255;%分段曲线的第3个点
f3=255;g3=255;%分段曲线的第4个点
subplot（3,3,9）,plot（[f0,f1,f2,f3],[g0,g1,g2,g3]）,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）,axis（[02550255]）;
%绘制变换曲线
r1=（g1-g0）/（f1-f0）;%曲线1的斜率
b1=g0-r1*f0;%曲线1的截距
r2=（g2-g1）/（f2-f1）;%曲线2的斜率
b2=g1-r2*f1;%曲线2的截距
r3=（g3-g2）/（f3-f2）;%曲线3的斜率
b3=g2-r3*f2;%曲线3的截距
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
fori=1:
m
forj=1:
n
f=K（i,j）;
g（i,j）=0;
if（f>=f0）&（f<=f1）
g（i,j）=r1*f+b1;%曲线1的方程y=r1*x+b1
else
if（f>=f1）&（f<=f2）
g（i,j）=r2*f+b2;%曲线2的方程y=r2*x+b2
else
if（f>=f2）&（f<=f3）
g（i,j）=r3*f+b3;%曲线3的方程y=r3*x+b3
end
end
end
end
end16
subplot（3,3,7）,imshow（uint8（g））,ylabel（'变换图像（方法2）'）;
subplot（3,3,8）,imhist（uint8（g））;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容
（3）将“分段曲线的第2个点”更改为“f1=150;g1=0;”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
2.灰度变换（截取式正比变换）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_4_2.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（3,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（3,3,2）,imhist（I）;
%方法1-系统函数
%把灰度值范围[80,160]映射到[20,220]，灰度值小于80的映射为20，灰度值大于160的映射为220
J=imadjust（I,[80/255160/255],[20/255220/255]）;
subplot（3,3,4）,imshow（J）,ylabel（'变换图像（方法1）'）;
subplot（3,3,5）,imhist（J）;
%方法2-编程实现
%把灰度值范围[80,160]映射到[20,220]，灰度值小于80的映射为20，灰度值大于160的映射为220
f0=0;g0=20;%分段曲线的第1个点
f1=80;g1=20;%分段曲线的第2个点
f2=160;g2=220;%分段曲线的第3个点
f3=255;g3=220;%分段曲线的第4个点
subplot（3,3,9）,plot（[f0,f1,f2,f3],[g0,g1,g2,g3]）,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）,axis（[02550255]）;
%绘制变换曲线
r1=（g1-g0）/（f1-f0）;%曲线1的斜率
b1=g0-r1*f0;%曲线1的截距
r2=（g2-g1）/（f2-f1）;%曲线2的斜率
b2=g1-r2*f1;%曲线2的截距
r3=（g3-g2）/（f3-f2）;%曲线3的斜率
b3=g2-r3*f2;%曲线3的截距
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
fori=1:
m
forj=1:
n
f=K（i,j）;
g（i,j）=0;17
if（f>=f0）&（f<=f1）
g（i,j）=r1*f+b1;%曲线1的方程y=r1*x+b1
else
if（f>=f1）&（f<=f2）
g（i,j）=r2*f+b2;%曲线2的方程y=r2*x+b2
else
if（f>=f2）&（f<=f3）
g（i,j）=r3*f+b3;%曲线3的方程y=r3*x+b3
end
end
end
end
end
subplot（3,3,7）,imshow（uint8（g））,ylabel（'变换图像（方法2）'）;
subplot（3,3,8）,imhist（uint8（g））;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）将“分段曲线的第1个点”更改为“f1=0;g1=150;”，“分段曲线的第2个点”更改为“f1=80;g1=150;”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
3.灰度变换（反比变换）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_4_3.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（3,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（3,3,2）,imhist（I）;
%方法1-系统函数
%把灰度值范围[0,255]映射到[255,0]
J=imadjust（I,[0/255255/255],[255/2550/255]）;
subplot（3,3,4）,imshow（J）,ylabel（'变换图像（方法1）'）;
subplot（3,3,5）,imhist（J）;
%方法2-编程实现
%把灰度值范围[0,255]映射到[255,0]
f0=0;g0=255;%分段曲线的第1个点
f1=100;g1=155;%分段曲线的第2个点
f2=200;g2=55;%分段曲线的第3个点
f3=255;g3=0;%分段曲线的第4个点
subplot（3,3,9）,plot（[f0,f1,f2,f3],[g0,g1,g2,g3]）,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）,axis（[02550255]）;
%绘制变换曲线
r1=（g1-g0）/（f1-f0）;%曲线1的斜率18
b1=g0-r1*f0;%曲线1的截距
r2=（g2-g1）/（f2-f1）;%曲线2的斜率
b2=g1-r2*f1;%曲线2的截距
r3=（g3-g2）/（f3-f2）;%曲线3的斜率
b3=g2-r3*f2;%曲线3的截距
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
fori=1:
m
forj=1:
n
f=K（i,j）;
g（i,j）=0;
if（f>=f0）&（f<=f1）
g（i,j）=r1*f+b1;%曲线1的方程y=r1*x+b1
else
if（f>=f1）&（f<=f2）
g（i,j）=r2*f+b2;%曲线2的方程y=r2*x+b2
else
if（f>=f2）&（f<=f3）
g（i,j）=r3*f+b3;%曲线3的方程y=r3*x+b3
end
end
end
end
end
subplot（3,3,7）,imshow（uint8（g））,ylabel（'变换图像（方法2）'）;
subplot（3,3,8）,imhist（uint8（g））;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）将“分段曲线的第3个点”更改为“f1=200;g1=155;”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
4.灰度变换（对比拉伸）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_4_4.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（2,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（2,3,2）,imhist（I）;
%图像的最小灰度值为40，最大灰度值为204
f0=0;g0=0;%分段曲线的第1个点
f1=90;g1=30;%分段曲线的第2个点
f2=150;g2=225;%分段曲线的第3个点
f3=255;g3=255;%分段曲线的第4个点19
subplot（2,3,6）,plot（[f0,f1,f2,f3],[g0,g1,g2,g3]）,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）,axis（[02550255]）;
%绘制变换曲线
r1=（g1-g0）/（f1-f0）;%曲线1的斜率
b1=g0-r1*f0;%曲线1的截距
r2=（g2-g1）/（f2-f1）;%曲线2的斜率
b2=g1-r2*f1;%曲线2的截距
r3=（g3-g2）/（f3-f2）;%曲线3的斜率
b3=g2-r3*f2;%曲线3的截距
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
fori=1:
m
forj=1:
n
f=K（i,j）;
g（i,j）=0;
if（f>=f0）&（f<=f1）
g（i,j）=r1*f+b1;%曲线1的方程y=r1*x+b1
else
if（f>=f1）&（f<=f2）
g（i,j）=r2*f+b2;%曲线2的方程y=r2*x+b2
else
if（f>=f2）&（f<=f3）
g（i,j）=r3*f+b3;%曲线3的方程y=r3*x+b3
end
end
end
end
end
subplot（2,3,4）,imshow（uint8（g））,ylabel（'对比拉伸变换图像'）;
subplot（2,3,5）,imhist（uint8（g））;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）将“分段曲线的第3个点”更改为“f1=90;g1=225;”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
5.灰度变换（灰度切割）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_4_5.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（3,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（3,3,2）,imhist（I）;
%######第1种方法######
%图像的最小灰度值为40，最大灰度值为204
f0=0;g0=100;%分段曲线的第1个点
f1=100;g1=100;%分段曲线的第2个点
f2=100;g2=240;%分段曲线的第3个点
f3=140;g3=240;%分段曲线的第4个点
f4=140;g4=100;%分段曲线的第5个点
f5=255;g5=100;%分段曲线的第6个点
subplot（3,3,6）,plot（[f0,f1,f2,f3,f4,f5],[g0,g1,g2,g3,g4,g5]）,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）,axis（[02550255]）;
%绘制变换曲线
r1=（g1-g0）/（f1-f0）;%曲线1的斜率
b1=g0-r1*f0;%曲线1的截距
r2=（g2-g1）/（f2-f1）;%曲线2的斜率
b2=g1-r2*f1;%曲线2的截距
r3=（g3-g2）/（f3-f2）;%曲线3的斜率
b3=g2-r3*f2;%曲线3的截距
r4=（g4-g3）/（f4-f3）;%曲线4的斜率
b4=g3-r4*f3;%曲线4的截距
r5=（g5-g4）/（f5-f4）;%曲线5的斜率
b5=g4-r5*f4;%曲线5的截距
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
fori=1:
m
forj=1:
n
f=K（i,j）;
g（i,j）=0;
if（f>=f0）&（fg（i,j）=r1*f+b1;%曲线1的方程y=r1*x+b1
else
if（f>=f1）&（fg（i,j）=r2*f+b2;%曲线2的方程y=r2*x+b2
else
if（f>=f2）&（fg（i,j）=r3*f+b3;%曲线3的方程y=r3*x+b3
else
if（f>=f3）&（fg（i,j）=r4*f+b4;%曲线4的方程y=r4*x+b4
else
if（f>=f4）&（f<=f5）
g（i,j）=r5*f+b5;%曲线5的方程y=r5*x+b4
end
end
end
end
end
end
end
subplot（3,3,4）,imshow（uint8（g））,ylabel（'第1种方法'）;
subplot（3,3,5）,imhist（uint8（g））;
%######第2种方法######
%图像的最小灰度值为40，最大灰度值为204
f0=0;g0=0;%分段曲线的第1个点
f1=100;g1=100;%分段曲线的第2个点
f2=100;g2=240;%分段曲线的第3个点
f3=140;g3=240;%分段曲线的第4个点
f4=140;g4=140;%分段曲线的第5个点
f5=255;g5=255;%分段曲线的第6个点
subplot（3,3,9）,plot（[f0,f1,f2,f3,f4,f5],[g0,g1,g2,g3,g4,g5]）,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）,axis（[02550255]）;
%绘制变换曲线
r1=（g1-g0）/（f1-f0）;%曲线1的斜率
b1=g0-r1*f0;%曲线1的截距
r2=（g2-g1）/（f2-f1）;%曲线2的斜率
b2=g1-r2*f1;%曲线2的截距
r3=（g3-g2）/（f3-f2）;%曲线3的斜率
b3=g2-r3*f2;%曲线3的截距
r4=（g4-g3）/（f4-f3）;%曲线4的斜率
b4=g3-r4*f3;%曲线4的截距
r5=（g5-g4）/（f5-f4）;%曲线5的斜率
b5=g4-r5*f4;%曲线5的截距
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
fori=1:
m
forj=1:
n
f=K（i,j）;
g（i,j）=0;
if（f>=f0）&（f<=f1）
g（i,j）=r1*f+b1;%曲线1的方程y=r1*x+b1
else
if（f>=f1）&（f<=f2）
g（i,j）=r2*f+b2;%曲线2的方程y=r2*x+b2
else
if（f>=f2）&（f<=f3）
g（i,j）=r3*f+b3;%曲线3的方程y=r3*x+b3
else
if（f>=f3）&（f<=f4）
g（i,j）=r4*f+b4;%曲线4的方程y=r4*x+b4
else
if（f>=f4）&（f<=f5）
g（i,j）=r5*f+b5;%曲线5的方程y=r5*x+b4
end
end
end
end
end
end
end
subplot（3,3,7）,imshow（uint8（g））,ylabel（'第2种方法'）;
subplot（3,3,8）,imhist（uint8（g））;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）在“第1种方法”中将“分段曲线的第1个点”更改为“f0=0;g0=0;”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
（4）在“第2种方法”中将“分段曲线的第1个点”更改为“f0=0;g0=100;”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
6.灰度变换（对数变换）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_4_6.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（3,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（3,3,2）,imhist（I）;
%对数变换
c=255/log（1+255）;%语句1
x=0:
1:
255;
y=c*log（1+x）;
subplot（3,3,6）,plot（x,y）,axistight,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）;
%绘制变换曲线
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
g=c*log（K+1）;
%{
%等价的循环语句实现
fori=1:
m
forj=1:
n
g（i,j）=0;
g（i,j）=c*log（K（i,j）+1）;
end
end
%}
subplot（3,3,4）,imshow（uint8（g））,ylabel（'对数变换'）;
subplot（3,3,5）,imhist（uint8（g））;
%###系统函数调用###
J=imadjust（I,[],[],0.216）;
subplot（3,3,7）,imshow（J）,ylabel（'对数变换（系统调用）'）;
subplot（3,3,8）,imhist（J）;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）指出“语句1”把变量c定义为“c=255/log（1+255）;”的原因。
（4）将“语句1”更改为“c=1”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
7.灰度变换（幂次变换）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_4_7.m===='）;
I=imread（'rice.png'）;
subplot（3,3,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（3,3,2）,imhist（I）;
%幂次变换
C=1/（255^3）;%语句1
x=0:
1:
255;
y=C*（x.^4）;
subplot（3,3,6）,plot（x,y）,axistight,xlabel（'f'）,ylabel（'g'）;
%绘制变换曲线
[m,n]=size（I）;
K=double（I）;
g=C*（K.^4）;
%{
%等价的循环语句实现
fori=1:
m
forj=1:
n
g（i,j）=0;
g（i,j）=C*（K（i,j）^4）;
end
end
%}
subplot（3,3,4）,imshow（uint8（g））,ylabel（'幂次变换'）;
subplot（3,3,5）,imhist（uint8（g））;
%###系统函数调用###
J=imadjust（I,[],[],4）;
subplot（3,3,7）,imshow（J）,ylabel（'幂次变换（系统调用）'）;
subplot（3,3,8）,imhist（J）;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）指出“语句1”把变量c定义为“C=1/（255^3）;”的原因。
（4）将“语句1”更改为“c=1”，观察并记录实验结果，分析产生该结果的原因：
作为实验报告的内容。
8.直方图处理（直方图均衡化）
（1）程序源代码：
closeall
clear
clc
disp（'====E4_5_2.m===='）;
I=imread（'tire.tif'）;
J=histeq（I）;
subplot（2,2,1）,imshow（I）,ylabel（'原图像'）;
subplot（2,2,2）,imhist（I）;
subplot（2,2,3）,imshow（J）,ylabel（'直方图均衡图像'）;
subplot（2,2,4）,imhist（J）;
（2）观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
（3）将图片“tire.tif”更改为另外一张新的图片，观察并记录实验结果：
作为实验报告的内容。
六、实验报告要求
1.实验名称、实验日期、学生姓名、班级、教学班号、学号。
2.实验目的和要求。
3.实验仪器、设备及材料
4.实验原理。
5.实验步骤。
6.实
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