Практикум лаб раб. Контрольные вопросы для проверки усвоения материала и задания на выполнение работы
 Скачать 1.14 Mb.
|
|
whos A, которая была рассмотрена выше. Для более подробной информации об изображении можно использовать функцию im- ageinfo(‘filename‘), которая выводит метаданные об указанном файле в виде таблицы. Пример) Результат выполнения команды изображен на рис. 4.3. Рис. 4.3 – Подробная информация об изображении Аналогичную информацию о файле изображения можно получить используя функцию о, которая имеет вид о ('filename'), где filename – это полное имя файла изображения, хранящегося на диске. Например, >> о ('bubbles25.jpg') Информационные поля, которые выводятся на экран функцией о, можно ввести в т.н. структурные переменные, которые затем можно использовать в последующих вычислениях. Беря в качестве примера предыдущее изображение и присваивая имя К структурной переменной, можно дать команду >> К = imfinfo('bubbles25.jpg'); для сохранения в переменной К всей информации, генерируемой командой о. Информация, полученная из функции о сохраняется в полях структурной переменной К, которые отделяются от нее точкой. Например, высота и ширина изображения теперь хранятся в структурных полях К и К, битовая глубина в поле K.BitDepth, а размер файла изображения в поле K.FileSize. функции В отличии от файлов-сценариев (скриптов, которым невозможно передать входные параметры, М-функции имеют входные параметры аргументы) и допускают наличие возвращаемых выходных параметров. Это позволяет оформлять независимые и изолированные фрагменты программы, решающие некоторые фиксированные задачи, в виде М-функций, которые можно неоднократно использовать с помощью вызовов. Аналогом М-функций является подпрограмма или процедура, используемая при модульном программировании 50 М-функции, создаваемые в М-файлах, состоят из компонент заголовок функции основной комментарий дополнительный комментарий (текст справки тело функции. М-функция создается последующим правилам заголовок является первой строкой и имеет следующий вид function[выходные_параметры] = f_name(входные_параметры); имя функции f_name может быть произвольным, но слово function должно быть обязательно. Если определяемая функция не имеет выходных параметров, то используется одно слово function без квадратных скобок и знака равенства. Пробелы в имени функции не допускаются основной комментарий это текстовый блок, каждая строка которого начинается с %. Между этим блоком и заголовком функции не должно быть пустых строк дополнительный комментарий – текстовый блок, который размещается сразу после основного. Он служит для отображения комментариев и онлайн справки поданной функции тело функции состоит из выполняемого кода MATLAB, который совершает действия или вычисления и присваивает результаты выходным аргументам функция возвращает свое значение и может использоваться в виде f_name (вход- ные_параметры) в математических выражениях все переменные, имеющиеся в теле М-функции, являются локальными, те. действуют только в пределах тела функции – М-функция является самостоятельным программным модулем, который общается с другими модулями через свои входные и выходные параметры если выходных параметров больше одного, то они указываются в квадратных скобках после слова function; набранный в редакторе текст М-функции необходимо сохранить в файл, причем имя файла должно совпадать с f_name, указанным в заголовке. Для примера создадим М-функцию, которая загружает изображение из файла и вычисляет некоторые его параметры function [M, N, Imax, Imin]=begin_1(f0) функция begin_1 загружает изображение, преобразует его в полутоновое, вычисляет размер, минимальное и максимальное % значения яркости %f0 -файл входного изображения %M, N – размер загруженного изображения %Imax, Imin – максимальное и минимальное % значения яркости пикселов f=imread (f0); загрузить изображение f=rgb2gray(f); преобразовать в полутоновое whos f; получить сведения об изображении f=im2double (f); преобразовать в класс double [M,N]= size(f); определить размер Imax=max(f(:)); определить максимум Imin=min(f(:)); определить минимум функцию можно вызвать из командной строки системы MATLAB или из других M- файлов, при этом указав все необходимые атрибуты – входные аргументы в круглых скобках, выходные аргументы в квадратных скобках. Для рассмотренного примера вызов будет таким Подготовка к работе Ознакомиться с теоретическим материалом и рекомендованной литературой. Подготовить ответы на контрольные вопросы. Задание на выполнение работы Организовать ввод данных и вычисления согласно заданиям ниже. Исходные изображения для выполнения работы хранятся на сервере в папке Images_4 методических указаний. Задание Загрузить в рабочее пространство MATLAB изображение 1 из файла, указанного в таблице с вариантами заданий. Используя функцию whos определить тип и класс загруженного изображения. Записать результат. Создать и отладить программу, решающую следующие задачи а) загрузить изображение с помощью функции imread. Если было выяснено, что изображение цветное (состоит из трех компонент, преобразовать его в полутоновое с помощью функции rgb2gray; б) с помощью функции size определить пиксельный размер изображения в виде вектора [M, N]; в) определить максимальное I max и минимальное I min значения яркостей пикселов изображения г) вывести загруженное изображение в графическое окно с помощью функции imshow, при этом сформировать пояснительные надписи Original, MxN, Imax=xxx, Imin=xxx. Для того, чтобы не изменять исходное изображение при выводе на экран следует использовать функцию imshow без параметров. д) записать изображение на диск в рабочую папку, используя функцию imwrite (f, ‘filemame’), присвоив ему имя zad4_1 сохранив прежнее расширение. Модернизировать отлаженную программу, оформив решение задача, б) ив) в виде М-функции, которая должна вызываться из программы. Проанализировать изображение, выведенное в графическое окно, с помощью встроенного инструментария ас помощью инструмента Data Cursor нанести на изображение информацию о четырех его угловых точках б) с помощью того же инструмента найти и нанести на изображение информацию о пикселах с максимальной и минимальной яркостью в) сохранить изображение из графического окна, вместе с нанесенными надписями, через меню File\Save As, присвоив ему имя zad4_2 и сохранив прежнее расширение. Загрузить сохраненные изображения из окна Current Directory в просмотрщик графических файлов, используя опцию Open Outside MATLAB и проанализировать их. Установить и записать отличия. 52 Таблица 4.2 Варианты для выполнения заданий варианта Координаты начала фрагмента (r, c) Размер фрагмента Коэффициент уменьшения размера изображения Изображение Изображение Изображение 3 по строкам по столбцам 4 80, 80 х 2 2 girl_0_bw tuja tit512 5 100, 150 х 2 3 girl_3_bw tit512 tuja 6 150, 150 х 3 2 girl_4_bw tuja_1 tit512 7 100, 100 х 3 3 carbon tuja_2 number_256 8 135, 135 х 2 2 carbon_1 tuja_3 number_128 9 120, 100 х 3 3 carbon_2 tit512 number_0 10 200, 160 х 3 2 carbon_3 girl_3_bw tit512 11 145, 160 х 2 2 number_0 tit512 girl_3_bw 12 120, 150 х 2 3 number_128 tit512 girl_3_bw 13 60, 100 х 3 3 number_2 girl_3_bw tit512 Задание Создать и отладить программу, решающую следующие задачи а) загрузить изображение с помощью функции imread. Если изображение цветное состоит из трех компонент, преобразовать его в полутоновое с помощью функции rgb2gray; б) с помощью функции size определить пиксельный размер изображения в виде вектора [M, N]; в) определить максимальное I max и минимальное I min значения яркостей пикселов изображения. Для решения задача, б) ив) использовать созданную в задании 1 М-функцию. г) вывести загруженное изображение в графическое окно с помощью функции imshow, при этом сформировать пояснительные надписи Original, MxN, Imax=xxx, Imin=xxx. Для того, чтобы не изменять исходное изображение при выводе на экран следует использовать функцию imshow без параметров д) вырезать из исходного изображения фрагмент с размерами, взятыми из таблицы с вариантами заданий е) определить размеры получившегося фрагмента в виде вектора [M, N]; ж) определить максимальное I max и минимальное I min значения яркостей пикселов в изображении фрагмента з) вывести сформированный фрагмент изображения в графическое окно с помощью функции imshow, при этом сформировать пояснительные надписи Fragment, MxN, Imax=xxx, Imin=xxx; и) построить и вывести в отдельное графическое окно диаграмму изменения яркости профиль) для средней строки фрагмента изображения. Снабдить ее надписью ‘Profile Line’; к) уменьшить размер исходного изображения в указанное в таблице 4.4 число раз прореживанием по строками столбцам л) определить размеры уменьшенного изображения в виде вектора [M, N]; м) вывести уменьшенное изображение в графическое окно с помощью функции imshow, при этом сформировать пояснительные надписи Reduced, MxN; н) вывести четыре изображения, получившиеся в результате выполнения пунктов задания водно графическое окно размером х, сформированное функцией subplot(2, 2, n). Предусмотреть вывод соответствующих поясняющих надписей к каждому выводимому изображению Задание Загрузить в рабочее пространство MATLAB изображение 3 из файла, указанного в таблице с вариантами заданий. Используя функцию whos определить тип и класс загруженного изображения. Записать результат. Если выяснено, что изображение цветное (состоит из трех компонент, преобразовать его в полутоновое с помощью функции rgb2gray; Вырезать наиболее информативный участок изображения размером х пикселов и вывести матрицу этого фрагмента в командное окно. Выполнить анализ выведенной матрицы, соотнеся ее с классом исходного изображения. Преобразовать тот же фрагмент исходного изображения в классы double и logical используя функции im2double и im2bw. Выполнить анализ преобразованных матриц фрагментов изображения, сделать выводы. Создать и отладить программу, решающую следующие задачи а) загрузить изображение с помощью функции imread. Если было выяснено, что изображение цветное (состоит из трех компонент, преобразовать его в полутоновое с помощью функции rgb2gray; б) вывести загруженное изображение в графическое окно с помощью функции imshow, при этом сформировать пояснительные надписи ‘Original’. Для того, чтобы не изменять исходное изображение при выводе на экран следует использовать функцию imshow без параметров. в) преобразовать исходное изображение в бинарное по порогу 0,45 и вывести его в графическое окно снабдив надписью ‘Binary’; г) вывести два полученных изображения водно графическое окно размером х, сформированное функцией subplot(1, 2, n). Предусмотреть вывод соответствующих поясняющих надписей к каждому выводимому изображению (‘Original’, ‘Binary’). Требования к отчёту Отчѐт должен содержать титульный лист с указанием названия ВУЗа, кафедры, номера и темы лабораторной работы, а также фамилии ИО. студента, подготовившего отчѐт; цель выполняемой работы задания листинги всех программ с обязательными комментариями полученные на каждом этапе работы изображения анализируемые в задании 3 матрицы фрагментов изображений выводы по каждому выполненному заданию. Контрольные вопросы Для чего служит пакет расширения Image Processing Toolbox? Как можно представить и описать аналоговые монохромное и цветное изображения Какие операции необходимо выполнить, чтобы преобразовать аналоговое изображение в цифровое Как можно представить и описать цифровые монохромное и цветное изображения Что представляет собой система координат цифрового изображения в системе MATLAB? Понятие классов данных в MATLAB. Классы данных double, uint8 и logical. Типы изображений в MATLAB. Полутоновые и двоичные изображения. Чем вызвана необходимость конвертирования классов данных и типов изображений Как можно определить класс данных и тип изображений 54 Какие функции IPT позволяют выполнит перенормировку при конвертировании классов и типов изображений Опишите работу функции im2uint8. Опишите работу функции mat2gray. Опишите работу функции im2double. Опишите работу функции im2bw. С помощью какой команды можно осуществить загрузку изображения Опишите синтаксис этой команды. Как вывести изображение в графическое окно системы MATLAB, в несколько графических окон Как сформировать пояснительную надпись в графическом окне с изображением Каким образом вывести несколько изображений в графическое окно MATLAB? С помощью каких команд можно получить информацию о загруженном изображении Необходимость использования и основные компоненты М-функций. Что представляют собой входные и выходные параметры М-функций? Основные правила создания М-функций? Как сохраняются и вызываются функции Рекомендуемая литература Matlab и Simulink – сообщество пользователей, материалы, книги, форум Электронный ресурс – Режим доступа http://matlab.exponenta.ru, свободный. – Загл. с экрана. Дьяконов, В. П. MATLAB 6.5 SP1/7/7 SP1 + Simulink 5/6. Работа с изображениями и видеопотоками Текст / В. П. Дьяконов. – М СОЛОН-Пресс, 2005. – с, 154…155. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB Текст / Р. Гонсалес, Р. Вудс, С. Эддинс. – М.:Техносфера, 2006. – с. Солонина, АИ. Цифровая обработка сигналов. Моделирование в MATLAB Текст / АИ. Солонина, СМ. Арбузов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2008. – 816 с. 55 Лабораторная работа №5 Пространственная фильтрация изображений. Преобразование яркости и контраста Цель работы Изучение возможностей пакета Image Processing Toolbox. Изучение основных градационных преобразований изображений. Получение практических навыков в составлении программ. Теоретический материал Градационные преобразования Яркость и контрастность изображения являются важнейшими характеристиками изображений. Яркость (brightness) характеризует интенсивность излучаемого или отраженного деталями изображения света и является энергетической характеристикой. Единицей измерения яркости служит кд/м 2 . Некоторые значения яркости для ориентировки приведены ниже солнце – 1,5*10 9 кд/м 2 ; нить лампы накаливания – 5*10 6 кд/м 2 ; пламя спички – 5*10 3 кд/м 2 ; экран телевизора – 50...100 кд/м 2 Яркость цифрового изображения измеряется интенсивностью его пикселов и зависит от класса данных изображения для изображений класса double она лежит в диапазоне 0...1, для изображений класса uint8 – 0...255. Белым участкам изображения соответствует максимальная яркость, черным участкам – минимальная. Контрастность (contrast) в общем случае характеризует диапазон изменения яркости различных участков изображения, те. его динамический диапазон. Контраст является безразмерной величиной, а для его измерения существуют несколько выражений. Для оценки изображений, загруженных в среду MATLAB целесообразно использовать следующее выражение, которое дает нормированное значение контраста K=(B max -B min )/B 0max . Здесь B 0max максимально достижимая яркость пикселов в графическом окне MATLAB. При этом значения контраста лежат в диапазоне 0...1. Градационные или амплитудные преобразования изображений связаны с преобразованием интенсивности (яркости) пикселов. Поскольку они производятся в плоскости изображений их можно отнести к простейшей обработке цифрового изображения в пространственной области, тек простейшей пространственной фильтрации [1]. Процессы в пространственной области можно обозначить уравнением g(x, y)=T[f(x, y)], (5.1) где f(x, y) – входное изображение, g(x, y) – выходное (обработанное) изображение, а T – некоторый оператор (преобразование) над f, который определен в некоторой окрестности точки с координатами (x, y). (Кроме того, оператор T может обрабатывать последовательность изображений, например, он может суммировать K входных изображений для подавления шума. В качестве окрестности точки с координатами (x, y) используется квадратная или прямоугольная область с центром в точке (x, y), которую чаще всего называют маской (рис. 5.1). 56 Рис. 5.1 – Окрестность (масках пиксела вокруг точки (x, y) изображения Центр заданной маски перемещается от пиксела к пикселу, начиная, например, из верхнего левого угла, и на своем пути накрывает различные окрестности изображения. Преобразование применяется в каждой точке (x, y), давая в результате обработанное значение g для данной точки. В процессе вычислений на каждом шаге используются только пикселы покрытые маской с центром (x, y). В случае градационных преобразований маска имеет размер х пиксел. При этом интенсивность обработанного пиксела g зависит только от интенсивности исходного пиксела, а преобразование T является функцией преобразования интенсивностей. В этом случае выражение) можно записать в простой форме s = T(r), где s – яркость пикселов выходного изображения g(x, y), r – яркость пикселов входного изображения функция преобразования интенсивностей. Функции преобразования яркости Функция imadjust является базовым инструментом пакета Image Processing Toolbox при преобразовании яркости изображений. Она имеет синтаксис g=imadjust(f, [low_in, high_in], [low_out, high_out], gamma), где g – новое изображение, f – исходное изображение, при которых яркость в интервале [low_in, high_in] переходят в значения [low_out, high_out]. Входное изображение может быть класса |