数字图像处理课程设计指导书-2012

数字图像处理 课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 指导书 哈尔滨工业大学（威海） 电子与信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 2012 年 10 月 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 目 录 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：彩色图像增强软件 ..................................................................................5  题目二：数字水印 ..................................................................................................6  题目三：车牌识别 ..................................................................................................7  题目四：超分辨图像重建 ......................................................................................8  题目五：织物密度检测 ..........................................................................................9  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：图像去雾 ................................................................................................14  六. 课程设计文档提交与要求 .................................................................................15  - I - 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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。 - 1 - 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； - 2 - 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 （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 - 3 - 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。 - 4 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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：彩色图像增强软件 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。 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，显示个分量图像(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，是图像色彩鲜艳或柔 - 5 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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。 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，选择中频系数，对该中频系数 - 6 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 相邻的系数进行水印嵌入 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。 - 7 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 题目四：超分辨图像重建 在视频监控、图像追踪等应用中，由于图像摄取系统的分辨率较低，图 像较为模糊，使得目标识别等问题变得困难。现有一组低分辨率图像，图像大 小为 500*500，由于常规的图像插值技术可能导致图像边缘模糊，试设计一种 超分辨率重建方法，使得图像边缘尽可能保持较好的陡峭性，获得清晰的高分 辨率图像。 要求完成功能： 1、 获取低分辨率图像 2、 设计超分辨图像重建方法获得 2 倍大小的超分辨图像； 3、 对放大后的图像与一般的插值技术进行放大后的图像进行比较，并对 比分析采用方法的优缺点。 4、 设计软件界面。 参考方案 1、采用插值技术对图像放大 2、建立图像退化模型； 3、通过反向投影叠代获得最小误差的超分辨滤图像； 4、将超分辨重建图像与插值图像进行比较。 - 8 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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 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 - 9 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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； 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 - 10 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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； 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）； - 11 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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。 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； - 12 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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） 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。 - 13 - 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告 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。 题目十：图像去雾 由于大气的散射作用，雾天的大气退化图像具有对比度低、景物不清晰 的特点，给交通系统及户外视觉系统的应用带来严重的影响。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，设计雾天图像复原处理软件。 要求完成功能： 5、 采用直方图均衡化方法增强雾天模糊图像，并比较增强前后的图像和 直方图； 6、 查阅文献，分析雾天图像退化因素，设计一种图像复原方法，对比该 复原图像与原始图像以及直方图均衡化后的图像； 7、 设计软件界面 参考方案 无雾图像和有雾图像相比对比度较高，因此可以考虑增强局部对比度方法 进行去雾： 1、 对彩色图像 RGB 模型转换为 HSI，对 I 分量分析图像直方图； 2、 设置适合尺寸模版，对 I 分量进行局部直方图均衡化增强，分析增强 前后的图像和直方图，讨论该方法去雾存在的问题。 3、 查阅“基于暗原色先验的单一图像去雾方法”有关文献，设计图像无 雾算法。（提高部分） - 14 - 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）。 - 15 - 一. 课程设计的目的 二. 设计要求 三. 进度安排 四. 考核及评分标准 五. 课程设计内容与要求 题目一：彩色图像增强软件 题目二：数字水印 题目三：车牌识别 题目四：超分辨图像重建 题目五：织物密度检测 题目六：工件尺寸的图像测量 题目七：低比特率图像压缩 题目八： 运动目标的检测 题目九： 运动目标的跟踪 题目十：图像去雾 六. 课程设计文档提交与要求