Исследование методов обработки изображений с помощью пакета IMAGE PROCESSING TOOLBOX: Методические указания к лабораторным работам

3739

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО  ОБРАЗОВАНИЮ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Исследование методов обработки изображений с помощью пакета

IMAGE PROCESSING TOOLBOX

Методические указания к лабораторным работам

Рязань 2005

УДК 621.391.268

          Исследование методов обработки изображений с помощью пакета IMAGE PROCESSING TOOLBOX: Методические указания к лабораторным работам / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.  Б.А. Алпатов,  О.Е. Балашов,   К.А. Бохан, А.А. Катаев, В.С. Муравьев, С.И. Муравьев, А.А. Селяев, В.В. Стротов; Под ред. Б.А. Алпатова.  Рязань, 2005. 72 с.

          Рассмотрены методы обработки изображений, используемые в видеокомпьютерных системах, включающие фильтрацию и сегментацию изображений, а также алгоритмы определения координат объектов на  изображениях. Приводятся основные команды пакета IMAGE PROCESSING TOOLBOX, используемые для решения рассмотренных задач.

          Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения специальностей 2101 "Управление и информатика в технических системах".

          Ил. 14. Табл. 2. 

            Изображение, объект, фон, сегментация, признак,  коррелятор, эталон

          Печатается по решению методического совета Рязанской государственной радиотехнической академии.

          Рецензент: кафедра  автоматики  и  информационных технологий в управлении Рязанской государственной радиотехнической академии  (зав. кафедрой проф. Б. А. Алпатов)

Исследование методов обработки изображений

с помощью пакета IMAGE PROCESSING TOOLBOX  

            Составители: А л п а т о в Борис Алексеевич

                                     Б а л а ш о в Олег Евгеньевич

                                                         Б о х а н Константин Анатольевич

                                                         К а т а е в Андрей Анатольевич

                                                         М у р а в ь е в Вадим Сергеевич

                                                         М у р а в ь е в Сергей Иванович

                                                         С е л я е в Александр Анатольевич

                                                         С т р о т о в Валерий Викторович

                                                 Редактор Е.В.Ипатова

                                                 Корректор  С.В.Макушина

Подписано в печать                     Формат бумаги  60x84 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 4,5.

Уч.-изд. л. 4,5.  Тираж 50 экз. Заказ

Рязанская государственная радиотехническая академия.

390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно-издательский центр РГРТА.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время большое внимание уделяется проблемам обработки  визуальной информации с помощью различных вычислительных устройств. Это обусловлено многообразием практических задач, возникающих в различных областях науки и техники и требующих для своего решения анализа визуальной информации в видимом, инфракрасном и других диапазонах спектра. Необходимость в обработке и анализе изображений возникает в системах навигации по картам местности, полученным с помощью аэрофотосъемки, при дистанционном управлении движущимися объектами, при обработке изображений земной поверхности, полученных с космических спутников, в системах обнаружения и сопровождения наземных или воздушных движущихся объектов.

С теоретическими подходами к решению задач обработки изображений и практическими методами их реализации студенты специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах” знакомятся при изучении дисциплины “Обработка изображений в системах управления”. Составной частью этой дисциплины является цикл лабораторных работ, при выполнении которого студенты закрепляют полученные теоретические знания.  Настоящие методические указания призваны им в этом помочь.

Методические указания содержат описание четырех лабораторных работ. В первой лабораторной работе студенты изучают отдельные команды пакета IMAGE PROCESSING TOOLBOX в среде системы MATLAB 6.5. Во второй работе исследуются методы фильтрации и реставрации изображений. Для этого используются готовые программы, в которые студенты по ходу выполнения работы должны вносить небольшие изменения. Третья и четвертая работы выполняются в специально разработанных средах и акцент в них делается на изучение методов сегментации и корреляционных алгоритмов определения координат объектов.

 Описание первой работы составлено доцентом Боханом К.А. и доцентом Селяевым А.А. Для выполнения второй работы используются три программы, разработанные программистом Катаевым А.А. Описание этой работы составлено доцентом Муравьевым С.И. Программа третьей лабораторной работы разработана аспирантом Балашовым О.Е. Описание этой работы составлено программистом Муравьевым В.С. Программа четвертой лабораторной работы и ее описание разработаны аспирантом Стротовым В.В. Общее редактирование цикла лабораторных работ осуществлялось профессором Алпатовым Б.А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ КОМАНД

ПАКЕТА IMAGE PROCESSING TOOLBOX

ДЛЯ РАБОТЫ С ИЗОБРАЖЕНИЯМИ

1. Цель работы

Целью работы является изучение пакета прикладных программ Image Processing Toolbox, входящего в состав среды имитационного моделирования Matlab. Пакет включает в себя более 100 функций, реализующих наиболее часто встречающиеся методы обработки изображений.

2. Формы представления изображений

Каждое изображение может храниться в файле либо в виде набора описаний графических примитивов (круги, линии, квадраты, треугольники и т.д.) – векторного представления, либо в виде некоторого двумерного массива, в каждой ячейке которого записано описание цвета отображаемой точки – растрового представления.

Растровые изображения могут быть:

¨  бинарными – яркость в каждой точке может принимать только два значения: 0 (черный цвет) и 1 (белый цвет);

¨  полутоновыми – яркость в каждой точке может принимать значение только из допустимого диапазона интенсивностей. Чаще всего используется представление яркости, при котором на каждую точку отводится 8 бит, то есть доступными для отображения оказываются 256 градаций серого в интервале от 0 (черный цвет) до 255 (белый цвет);

¨  палитровыми – в каждой ячейке матрицы изображения записаны ссылки на поля некоторой таблицы цветов, называемой палитрой;

¨  полноцветными – цвет каждой точки описывается непосредственно значением интенсивности яркости в каждом из цветовых каналов (например, RGB представление).

В системе Matlab, если это не оговорено отдельно, все изображения представляются в виде массивов с элементами либо типа double, либо типа uint8. В типе double под каждый элемент массива, а следовательно, под описание каждого пикселя изображения, отводится 8 байт. В этом случае значение яркости пикселя представляется дробным числом в диапазоне от 0 до 1. В типе uint8 под каждый элемент массива отводится 1 байт и его значение представляется целым числом в диапазоне от 0 до 255.