2013数字图像处理课程设计报告课件

数字图像处理

课程设计报告

课设题目： 学 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：

彩色图像增强软件 信息科学与工程学院 电子与信息工程 1002501

100250131

哈尔滨工业大学（威海）

2013 年 12月 27日

目 录

目 录 .......................................................................................................................... I 一. 课程设计任务 ....................................................................................................... 1 二. 课程设计原理及设计方案 ................................................................................... 2

2.1 彩色图像基础 ............................................................................................... 2 2.2 彩色模型 ....................................................................................................... 2 三. 课程设计的步骤和结果 ....................................................................................... 6

3.1 采集图像 ....................................................................................................... 6 3.2 图像增强 ....................................................................................................... 7 3.3 界面设计 ....................................................................................................... 9 四. 课程设计总结 ..................................................................................................... 12 五. 设计体会 ............................................................................................................. 13 六. 参考文献 ............................................................................................................. 14

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一. 课程设计任务

1.1设计内容及要求：

（1） 、独立设计方案，根据所学知识，对由于曝光过度、光圈过小或图 像亮度不均匀等情况下的彩色图像进行增强，提高图像的清晰度（通俗地讲，就是图像看起来干净、对比度高、颜色鲜艳） 。

（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） 、将实验结果与处理前的图像进行比较、分析。总结设计过程所遇 到的问题。

1.2参考方案

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） ，利用彩色图像模型转换公式，将 RGB 类型图像转换为 HSI 类型图像，显示各分量图像(如 imshow（image）)，以及计算和显示各分量图像直方图。

2、彩色图像增强实现

对HSI彩色模型图像的I分量进行对比度拉伸或直方图均衡化等处理，提高亮度图像的对比度。对S分量图像进行适当调整，使图像色彩鲜艳或柔和。H 分量保持不变。将处理后的图像转换成 RGB 类型图像，并进行显示。分析处理图像过程和结果存在的问题。

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

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二. 课程设计原理及设计方案

2.1 彩色图像基础

在图像处理中，颜色的运用主要受两个因素推动。第一，颜色是一个

强有力的描绘子，它常常可简化目标物的区分及从场景中抽取目标；第二，人可以辨别几千种颜色色调和亮度，但相比之下只能辨别几十种灰度层次。第二个因素对于人工图像分析特别重要。

虽然人的大脑感知和理解颜色所遵循的过程是一种生理心理现象，这一现象还未被完全了解，但颜色的物理性质可以由实验和理论结果支持的基本形式来表示。

2.2 彩色模型

色彩模型：RGB模型、CMY模型、CMYK模型、HIS模型、HSV模型、YUV模型、YIQ模型。 2.2.1 RGB模型

国际照明委员会

（CIE）规定以蓝（435.8nm）、绿（546.1nm）和红（700nm）作为主原色。

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Matlab中一幅RGB图可表示为一个M*N*3的3维矩阵。其中每一个彩色像素都在特定空间位置的彩色图像中对应红、绿、蓝3个分

2.2.2 HSI模型

HSI模型是从人的视觉系统出发，直

接使用颜色三要素色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Intensity）来描述颜色。

-亮度指人眼感觉光的明暗程度。光的能量越大，亮度越大。 -色调由物体反射光线中占优势的波长决定。反映颜色的本质。 -饱和度指颜色的深浅和浓淡程度，饱和度越高，颜色越深。 HIS色彩空间比RGB彩色空间更符合人的视觉特性。亮度和色度具有可分离特性，使得图像处理和机器视觉中大量灰度处理算法都可在HIS彩色空间中方便使用。

,(BG)H色调： 360,BG1[(RG)(RB)]2arccos其中： 12 2(RG)(RG)(GB)- 3 -

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饱和度： S13min(R,G,B)

(RGB)1 强度： I(RGB)

3从HSI到RGB的转换：

在[0,1]内给出HSI值，现在要在相同的值域找到RGB值，可利用H值公式。在原始分割中有3个相隔120°的扇形。从H乘以360°开始，这时色调值返回原来的[0°,360°]的范围。

RGB扇区（0°≦H<120°）：在H位于这一扇区时，RGB分量由下时给出： BI(1S)

ScosHRI[1] cos(60。H) G3I(RB)

GB扇区（120°≦H<240°）：如果给定的H值在这一扇区，则首先从H中减去120°，即

。 HH120

然后RGB分量为

RI(1S)

ScosHGI[1] cos(60。H) B3I(RG)

BR扇区（240°≦H<360°）：最后，如果H在这一扇区，则从H中减去240°，即

。 HH240

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GI(1S)

ScosHBI[1] 。 cos(60H) R3I(GB)

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三. 课程设计的步骤和结果

3.1 采集图像

利用 imread（）语句读入图像，利用彩色图像模型转换公式，将 RGB 类型图像转换为 HSI 类型图像，显示各分量图像(如 imshow（image）)，以及计算和显示各分量图像直方图。

image=imread('tuxiangzq.jpg'); image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换 figure(1); subplot(231); imshow(H); title('HSI H分量图'); subplot(232); imshow(S); title('HSI S分量图'); subplot(233); imshow(I); title('HSI I分量图'); %画各分量的直方图 subplot(234); imhist(H); title('H分量的直方图'); subplot(235); imhist(S);

title('S分量的直方图'); subplot(236); imhist(I);

title('I分量的直方图'); figure(2); subplot(121);

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哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 imshow(image); title('原图');

J = imadjust(I,[0.3 0.7],[]); subplot(122);

imshow(J) %对比度增强 title('增强对比度后');

3.2 图像增强

3.2.1 对I分量进行对比度拉伸

对HSI彩色模型图像的I分量进行对比度拉伸，对S分量图像进行适当调整，使图像色彩鲜艳或柔和，H 分量保持不变。将处理后的图像转换成 RGB 类型图像，并进行显示：

image=imread('tuxiangzq.jpg'); %采集图像 image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换 i2 = imadjust(I,[0.3 0.7],[]); %对I分量进行对比度拉伸 S=imadjust(S,[0.1 0.5],[]); %对S分量进行对比度拉伸 x_hsi=cat(3,H,S,i2);

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x_h_r=hsi2rgb(x_hsi); % HSI空间转换为RGB空间 figure

imshow(x_h_r); title('I分量均衡化');

3.2.2 对I分量进行均衡化

I分量直方图均衡化，对S分量图像进行适当调整，使图像色彩鲜艳或柔和，H 分量保持不变。将处理后的图像转换成 RGB 类型图像，并进行显示：

image=imread('tuxiangzq.jpg'); %采集图像 image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换

i2=histeq(I); %对I分量进行直方图均衡化，加强对比度 S=imadjust(S,[0.1 0.5],[]); %对S分量进行对比度拉伸 x_hsi=cat(3,H,S,i2);

x_h_r=hsi2rgb(x_hsi); % HSI空间转换为RGB空间 figure

imshow(x_h_r); title('I分量均衡化');

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3.3 界面设计

主要控件程序如下： ①图像采集

function pushbuttonCJ_Callback(hObject, eventdata, handles) image=imread('tuxiangzq.jpg'); image=im2double(image); axes(handles.axes1); imshow(image); title('原图'); ②显示各分量图像

function pushbuttonFLT_Callback(hObject, eventdata, handles) image=imread('tuxiangzq.jpg'); image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换 axes(handles.axes2);

imshow(H); title('HSI H分量图');

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哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 %figure(2); axes(handles.axes3); imshow(S); title('HSI S分量图'); %figure(3); axes(handles.axes4); imshow(I); title('HSI I分量图'); ③显示各分量直方图

function pushbuttonFLZFT_Callback(hObject, eventdata, handles) image=imread('tuxiangzq.jpg'); image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换 axes(handles.axes5); imhist(H); title('H分量的直方图'); axes(handles.axes6); imhist(S);

title('S分量的直方图'); axes(handles.axes7); imhist(I);

title('I分量的直方图'); ④图像增强

function pushbuttonZQ_Callback(hObject, eventdata, handles) val = get(handles.popupmenuzq,'value'); while (val~=0) switch val

case 1; image=imread('tuxiangzq.jpg'); image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换 i2 = imadjust(I,[0.3 0.7],[]); %对比度拉伸 S=histeq(S); x_hsi=cat(3,H,S,i2);

x_h_r=hsi2rgb(x_hsi); % HSI空间转换为RGB空间

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哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 axes(handles.axes10); imshow(x_h_r); title('对比度拉伸'); break;

case 2; image=imread('tuxiangzq.jpg'); image=im2double(image);

[H,S,I]=rgb2hsi(image); %RGB到HSI的转换

i2=histeq(I); %对I分量进行直方图均衡化，加强对比度 S=histeq(S); x_hsi=cat(3,H,S,i2);

x_h_r=hsi2rgb(x_hsi); % HSI空间转换为RGB空间 axes(handles.axes11); imshow(x_h_r); title('I分量均衡化'); break; end end

效果图如下：

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四. 课程设计总结

本文主要介绍了运用MATLAB来实现彩色图像增强的方法研究。基于彩色图像包含丰富的信息，介绍了如何利用图像处理工具MATLAB来进行彩色图像增强是有用信息加强，获得更有价值的图片和更好的视觉效果。图像增强的方法有很多种，既可对图像时域进行处理，也可在频域中处理。

我在上面的课设中主要对图像的HSI图像中的I分量和S分量进行了处理，得到的图像对比度更强了，色彩更加鲜艳了。从结果分析得出对I分量进行均衡化更能突出图像主要内容；对I分量进行对比度拉伸所得图像更加清晰一些，对S分量的调整可以改变图像的色调。

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五. 设计体会

通过此次课程设计，了解到MATLAB的诸多强大的数值处理功能，但是我更想说的是改变了我对设计的认识。以前的我看到别人优秀的设计成果，总是会心生欣羡之情，但是那时的我也仅限于此。古语云：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。以前总是听别人说：我们通常只是看到了别人的光鲜却没有看到别人的汗水。此时此刻，我才真正有点明白这句话的意思了。是的，设计是一个不断探索的过程，是一个不断改进的过程。因为面对的是一个未知的世界，所以没有人告诉你应该怎么办，或者说你的坚持到底会不会开花结果。但是也正是因了这个未知性，才给这个单调枯燥的设计过程增添了一份神秘，一份独特的魅力。希望以后的我能逐步学会体验这份未知的美。最后，对此次课程设计中给予我无私帮助的老师，同学，我谨表示真挚的谢意！

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六. 参考文献

1 数字图像处理（第二版）冈萨雷斯 著，阮秋琦 阮宇智 译 2 MATLAB数字图像处理 .第二版 张德丰 编著 机械工业出版社

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课程设计成绩评定表

设计上机验收成绩表 姓名 课题名称 序号 1 2 3 4 5 总分 设计内容合理、目的明确 实现了课程设计的基本要求，演示结果正确 对课程设计中所涉及的知识理解正确 方案正确，在基本要求基础上有改进、创新 界面设计合理、美观

课程设计总评分成绩表 1 2 3 总分 评 定 项 目 设计上机验收成绩、答辩 设计报告的规范化、参考文献充分 平时成绩 分值 60% 30% 10% 评分成绩 验收项目 曾小路 彩色图像增强软件 分值 10分 50分 10分 20分 10分 100分 得分 学号 100250131

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