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清华大学电子工程系 MATLAB综合实验报告 实验四 图像处理综合实验 班级 无84 学号 2008011146 姓名 吴文昊 实验日期2010.8.25 交报告日期2010.9.4 目录 第一章 基础知识 3 第二章 图像压缩编码 3 第三章 信息隐藏 10 第四章 人脸检测 13 附：本实验中的脚本、自定义函数，资源文件以及测试图像文件目录 24  基础知识 MATLAB提供了图像处理工具箱，在命令窗口中输入help images可查看该工具箱内所有函数。请阅读并大致了解这些函数的基本功能。 利用MATLAB提供的Image I/O函数分别完成以下处理： 以测试图像的中心为圆心，图像的长和宽中较小值的一半为半径画一个红颜色的圆； 将测试图像涂成国际象棋状的“黑白格”的样子，其中“黑”即黑色，“白”则意味着保留原图。 用一种看图软件浏览上述两个图，看是否达到了目标。 解：调用meshgrid函数，生成两个和测试图像大小相同的矩阵X,Y，其元素分别为相应位置的横纵坐标。以这两个矩阵为基础生成与测试图像大小相同的、分别表示（a）中的圆和（b）中的黑白格的逻辑矩阵，再以这两个矩阵与测试图像进行运算，则得到处理后的图像，如下图。 图 1 红色圆圈 图 2 黑白格 本题对应的脚本文件为exp_image1_3_2.m，涉及的资源文件为hall.mat。 图像压缩编码 本章练习题所用数据均可由“ JpegCoeff.mat ”导入。本章练习题中“测试图像”指的是hall.mat中的灰度图像。 图像的预处理是将每个像素灰度值减去128，这个步骤是否可以在变换域进行？请在测试图像中截取一块验证你的结论。 解：可以在变换域进行。由DCT的定义，在空域将每个像素灰度值减去128，相应地需要将DCT系数矩阵中的直流分量，即左上角第一个元素减去 本题中选取一块8×8的区域进行验证，取N=8，验证结果如下。其中，上面的矩阵是将测试区域在空域中将每个像素值减去128后进行DCT所得，下面的矩阵是将测试区域进行DCT后再进行上述处理所得，可见，二者完全一致。 图 3 空域和DCT域预处理结果比较 本题对应的脚本文件为exp_image2_4_1.m，涉及的资源文件为hall.mat。 请编程实现二维DCT,并和MATLAB自带的库函数dct2比较是否一致。 解：通过构造DCT的算子矩阵，本题实现了自定义的二维DCT函数dct_sd()。注意，该函数对应于通用的DCT，可以处理任意长宽比的矩阵，与讲义中略有不同。选取的测试区域同上题，将该函数的运算结果与MATLAB自带的库函数dct2进行比较，结果一致，如下图。 图 4 自定义DCT与MATLAB函数dct2结果比较 本题对应的脚本文件为exp_image2_4_2.m，涉及的资源文件为hall.mat。 如果将DCT系数矩阵中右侧4列全部置零，逆变换后的图像会发生什么变化？选取一块图验证你的结论。如果左侧的4列置零呢？ 解：将DCT系数矩阵中右侧4列全部置零，则相当于去除了图像中在水平方向上变化的高频成分；而将DCT系数矩阵中左侧4列全部置零，则相当于去除了图像中在水平方向和竖直方向上变化的低频成分，而且是去掉了图像中的主要频率成分。验证结果如下。 图 5 将DCT系数矩阵部分置零所得结果 其中最左侧为原始图像，中间为DCT系数矩阵中右侧4列全部置零后逆变换的图像，水平方向上的高频成分减少了。右侧为DCT系数矩阵中左侧4列全部置零后逆变换的图像，由于去除了主要频率成分，DCT系数矩阵中大部分元素都等于0或接近0，故逆变换后的图像基本是黑色的，但可以看出高频成分还是有所保留。 本题对应的脚本文件为exp_image2_4_3.m，涉及的资源文件为hall.mat。 若对DCT 系数分别做转置、旋转90 度和旋转180 度操作(rot90) ，逆变换后恢复的图像有何变化？选取一块图验证你的结论。 解：对DCT系数进行转置操作，相当于把水平方向上的频率分量与竖直方向上的频率分量进行了对换，其逆变换的结果就是对原图进行了转置。 一般的图像中低频成分相对较多，表现在DCT系数矩阵中是左上部分的系数绝对值较大而右下部分的较小。将DCT系数矩阵旋转90度后，DCT系数矩阵中左下部分的系数绝对值较大，导致其逆变换图像产生了一些在竖直方向上高频而水平方向上相对低频的成分。而将DCT系数矩阵旋转180度后，DCT系数矩阵中右下部分的系数绝对值较大，导致其逆变换图像产生了一些在竖直方向上高频且水平方向上亦为高频的成分。验证结果如下图。 图 6 转置，旋转DCT系数矩阵所得结果 其中左上图为原始图像，右上图为DCT系数转置后逆变换的图像，左下图为DCT系