dsp实验报告3-数字图像增强 -

Harbin Institute of Technology

课程名称：院 系：姓 名：学 号：授课教师：实验报告

DSP原理与应用 电子与信息工程学院 任广辉

哈尔滨工业大学

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1 本次实验的背景与意义

人对世界的感知有75%左右的信息都是通过视觉获得的，随着时代的发展，人们获取图像的方式越来越多样化。从模拟图像到数字图像的变革引发了一系列对数字图像处理技术的出现。数字图像与模拟图像最大的不同是数字图像以栅格（像素）为单位记录数据，这种量化的思想使图像处理的硬件实现更加方便可行。

数字图像处理技术包含了图像预处理，图像增强，图像边缘检测，图像分割、图像融合，特征提取，图像分类等方面。数字图像处理可以使人对图像的感观更好，使图像能大量的存储，快速的传输，能够提取图像中的有用信息。因此数字图像处理技术在很多领域都发挥重要作用。

1.1 数字图像处理技术的发展背景

视觉是人类最重要的感知手段，图像又是视觉的基础。早期图像处理的目的是改善图像质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像。有些处理的目的是为了图像的快速传输和解决存储数据量大的问题。基于不同目的，发展了很多处理技术。以下列举了一些基本的图像技术：

1．几何处理主要包括坐标变换，图像的放大、缩小、旋转、移动，多个图像配准，全景畸变校正，扭曲校正，周长、面积、体积计算等。

2．算术处理主要对图像施以+、一、×、÷等运算，即针对像素点进行处理。 3．图像增强即突出图像中感兴趣的信息，减弱或去除不需要的信息，从而使有用信息得到加强。包括增强反差即对比度，平滑或消除“噪声”，对图像中的目标加以锐化，用“伪彩色”增强图像，对图像进行几何校正，等等。

4．图像复原是改善由于种种原因而“退化”图像的质量。主要目的是去除干扰和模糊，恢复图像的本来面目。典型的例子如去除噪声。

5．图像重建处理是从数据到图像的处理，即输入的是数据，而处理结果得到的是图像，它的典型应用就是CT成像技术。图像重建的主要算法有代数法、迭代法、傅里叶反投影法、卷积反投影法等。值得注意的是三维重建算法发展得很快，由于与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有强烈真实感及纯净的高质量图像。

6．图像编码：图像编码研究属于信息论中信源编码范畴，其主要宗旨是利用图像信号的统计特性及人类视觉的生理学及心理学特性对图像信号进行高效编码，即研究数据压缩技术，以解决数据量大的矛盾。一般来说，图像编码的目的有三个：①减少数据存

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储量；②降低数据率以减少传输带宽；③压缩信息量、便于特征抽取，为识别作准备。现代编码法的特点是：①充分据遥感图像所含信息的抽象程度以及融合应用层次的不同，遥感信息融合可划分为像素级(Pixel-Level Fusion)、特征级(Feature-Level Fusion)、决策级(Decision-Level Fusion)三个层次。近20年来，针对像素级融合方法的研究一直是国际性的热点问题，已经取得了一些重要的研究成果，形成了一些成熟的融合方法。像素级图像融合主要针对初始图像数据进行，其目的是图像增强、图像分割和图像分类，从而为人工判读图像或进一步的特征级融合提供更加丰富的输入信息。像素级图像融合属于图像融合的较低层次，目前国内外研究大部分都集中在该层次上。考虑人的视觉特性；②恰当考虑对图像信号的分解与表述；③采用图像的合成与识别方案压缩数据率。

7．模式识别方法大致有三种：统计识另Ⅱ法：句法结构模式识别法：模糊识别法。统计识别法侧重于特征，句法结构识别侧重于结构和基元，模糊识别法是把模糊数学的一些概念和理论用于识别处理。在模糊识别处理中充分考虑人的主观概率，同时也考虑了人的非逻辑思维方法及人的生理、心理反映，这一独特性的识别方法目前正处于研究阶段，方法尚未成熟。

随着人们需求的不断增加，对图像处理的要求也不断提高，从简单的图像增强、复原等处理，提升到了图像理解层面。数字图像处理技术也在不断的更新。

图 1 图像工程的三个层次

图 1所示的是图像工程的三个层次，第一层也是底层的图像处理是基于像素的处理，对图像的描述直接而且形象；第二个层次是图像分析，不在基于像素处理，而是着眼于图像中的目标进行处理；第三个层次是图像理解，这种图像处理结果可以直接被人所理解和利用，属于高层次的图像处理技术。可见，数字图像处理技术越来越复杂和抽象，越来越接近人对图像的理解。

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1.2 图像处理技术的应用领域

在实际中，图像的处理都是靠硬件来实现，DSP作为数字信号处理器，在数字图像处理领域发挥了重要的作用，通常将DSP与FPGA结合，实现图像的高性能处理。图 2是整个数字图像处理的流程，通过传感器获得数据，对数据进行模数转换，然后利用数字图像处理技术相应的处理，在进行数模转换，最后输出结果。

图 2 数字图像处理流程

由图 2也可以看出数字图像处理和计算机、多媒体等技术紧密相关。近年来，随着计算机识别、理解图像技术的快速发展，数字图像处理的应用越来越广，已经渗透到工程、工业、医疗保健、航空航天、军事、科研、安全保卫等各个方面，在国计民生及国民经济中发挥越来越大的作用。

下面列举了一些典型应用： 1．在生物医学中的应用

主要包括显微图像处理；DNA显示分析；红、白血球分析计数：虫卵及组织切片的分析；癌细胞识别；染色体分析；内脏大小形状及异常检测：微循环的分析判断；心脏活动的动态分析；热像、红外像分析；X光照片增强、冻结及伪彩色增强；超声图像成像、冻结、增强及伪彩色处理；CT、MRI、y射线照相机、正电子和质子CT的应用；生物进化的图像分析等。

2．遥感航天中的应用

军事侦察、定位、导航、指挥等应用；多光谱卫星图像分析；地形、地图、国土普查；地质、矿藏侦探；森林资源探查、分类、防火；水利资源探查，洪水泛滥j|釜测；海洋、渔业方面如温度、鱼群的监测、预报；农业方面如谷物估产、病虫害调查；自然灾害、环境污染的监测；气象、天气预报图的合成分析预报；天文、太空星体的探测及分

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析；交通、空中管理、铁路选线等。

3．工业应用

CAD和CAM技术应用于模具、零件制造、服装、印染业；零件、产品无损检测，焊缝及内部缺陷检查；流水线零件自动监测识别；邮件自动分检、包裹分检识别；印刷板质量、缺陷的检出；生产过程的监控：交通管制、机场监控；纺织物花型、图案设计；光弹性场分析；标识、符号识别如超级市场算账、火车车皮识别：支票、签名、文件识别及辨伪；运动车、船的视觉反馈控制；密封元器件内部质量检查等。

4．军事公安领域中的应用

巡航导弹地形识别：指纹自动识别；罪犯脸型的合成；测试雷达的地形侦查；遥控飞行器RPV的引导；目标的识别与制导；警戒系统及自动火炮控制；反伪装侦察；手迹、人像、印章的鉴定识别：过期档案文字的复原：集装箱的不开箱检查等。

5．其他应用

图像的远距离通信；多媒体计算机系统及应用；电视电话；服装试穿显示；理发发型预测显示；电视会议；办公自动化、现场视频管理等。

1.3 本次实验的目的及内容安排

本次实验利用DSP对多种数字图像处理技术硬件实现，具体技术包括图像边缘提取，图像取反，直方图均衡化等处理。体会硬件实现与软件仿真的不同，提升对整个图像处理系统的宏观认识。

第二部分主要介绍本次实验用到的数字图像处理技术的原理；第三部分介绍利用DSP实现各种技术的流程，包括硬件的连接与程序的流程。第四部分包括了实验结果及对实验结果的分析。最后是对实验的总结以及实验的心得体会。

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