MATLAB教程第8章MATLAB综合实训.ppt

MATLAB基础及应用第2版,主编：于润伟 朱晓慧,第8章 MATLAB综合实训,本章要点 数字图像的几何操作 图像置乱与恢复 数字水印算法的实现 图像分割与识别,8.1 数字图像的几何操作,一、项目说明 1项目要求（1）图像的文件操作（2）图像的剪裁操作（3）图像的大小调整（4）图像的旋转（5）图像的插值操作（6）拓展要求,2实施步骤1）讨论、研究项目要求，明确项目内容；2）学习项目设计提示，练习相关函数的用法；3）编写程序，实现项目功能；4）图形用户界面的设计与实现；5）项目演示。,二、项目设计提示,三、项目评价,项目评价是在教师的主持下，通过项目负责人的讲解演示，评估项目的完成情况，评价内容如下：1）图像的视觉效果；2）处理图像与原始图像之间的偏离程度；3）图形用户界面是否友好。,8.2 数字图像增强,图像增强就是对图像进行加工，以得到对具体应用来说视觉效果更“好”，更“有用”的图像。一、项目说明 1项目要求（1）图像测试（2）图像添加噪声,（3）图像的对比度调整（4）图像求反（5）图像平滑（6）拓展要求实现图像增强操作的图形用户界面设计，包括“图像测试”、“添加噪声”、“对比度调整”、“图像求反”和“图像平滑”等基本功能。,2实施步骤1）讨论、研究项目要求，明确项目内容；2）学习项目设计提示，分析算法；3）仿真算法，完成项目；4）项目演示、讲解设计方案，完成项目评价,二、项目设计提示,（1）图像测试 先将教师提供的图像读入工作空间，记下图像尺寸和数据类型，利用hist函数绘制概率分布图，注意横坐标的数值范围和步长；使用统计函数mean计算图像均值。（2）图像添加噪声 噪声信号可以由随机矩阵函数实现，直接与图像相加即可，注意相加后的值不要超过图像的数据范围，也不要小于0；如果加噪的效果不明显，可增大随机矩阵的元素数值，例如乘以一个大于1的系数。,（3）图像的对比度调整（4）图像求反（5）图像平滑 将图像中除四个边（第1行、末行、第1列、末列）的元素外，每个元素都用其8邻域与其自身相加之和的平均值代替，这种平滑方法称为均值滤波；如果是用这9个元素的中间值代替就称为中值滤波。元素的8邻域指在该元素上、下、左、右、对角和反对角位置上的八个元素。,三、项目评价,图像处理的效果与图像本身有关，不同的图像对同一种算法会有不同的表现。可从以下几个方面评价：（1）主观评价 观察图像处理的视觉效果，综合多个观察者的评价意见。（2）算法评价 主要评价算法是否正确、实现功能是否符合项目要求、有无功能扩展、程序可读性如何、算法是否简练、编写是否规范、程序运行效率如何等方面。（3）演示过程评价 主要评价演示效果如何、对算法理解程度如何、回答问题是否准确、语言是否流畅等方面。,8.3 数字图像置乱,图像置乱是对图像元素的位置按照某种规律（密钥）重新排列，达到隐藏图像真实内容的目的，置乱后的图像可以根据同样的规律（密钥）恢复。一、项目说明1项目要求（1）图像的客观评价（2）图像置乱（3）置乱图像恢复,2实施步骤1）讨论、研究项目要求，明确项目内容；2）学习项目设计提示，分析算法；3）仿真算法，讨论、评价、修改算法，并确定一个项目实现方案；4）实现方案，完成项目；5）撰写项目报告；6）项目演示、讲解设计方案，完成项目评价。,二、项目设计提示,（1）图像的客观评价 相关系数可以使用二维相关函数corr2实现；峰值信噪比的计算公式。式中：大小为的原图像 处理后的图像,（2）图像置乱方案一：类似于扑克洗牌。将图像的全部偶数行提出，构成图像1；再提出全部奇数行构成图像2，连接图像1和图像2，构成与原图像同样尺寸的新图像；对新图像的列进行同样的操作。重复n次，满足要求即可，n为密钥。方案二：先将图像变成单列矩阵A，使每一个图像元素都有一个唯一的地址（单列矩阵的行号），再利用randperm（随机排列整数矩阵）函数生成一个同样长度的单列矩阵B，该矩阵与原图像的尺寸信息作为密钥保存；建立一个与A、B等长的单列矩阵C，C中存放以矩阵B的元素值为地址的矩阵A的元素。（3）置乱图像恢复 需要知道置乱密钥和置乱方案才能恢复出原图像，用不同方案置乱的图像需要用相应的算法恢复。,三、项目评价,（1）客观评价 利用峰值信噪比和相关系数等指标评价图像置乱效果和恢复效果。（2）算法评价 主要评价算法实现方案的优势和缺陷，安全性如何？运算时间是多少？有无实用价值等方面。（3）项目开发文档评价 主要评价文档内容是否完整、分析是否全面、结构是否合理、语句是否通顺、编辑排版是否规范等方面。（4）论述答辩过程评价 主要评价答辩态度如何、思路是否清晰、回答是否准确、语言是否流畅、对算法不足方面有无认识等方面。,8.4 数字水印技术,数字水印就是将版权（或认证）信息嵌入到多媒体数据中，但不影响原始数据的正常使用，目的是鉴别非法复制或盗用的数字图像产品，主要用于数字产品的知识产权保护、产品防伪等方面。一、项目说明1项目背景介绍（1）数字水印分类1）按水印特性划分2）按水印所附载的媒体划分3）按水印的检测过程划分4）按水印的内容划分,（2）数字水印的评价1）隐蔽性是指原始图像在嵌入水印后的改变程度。可以用原始图像与嵌入水印后的图像进行比较来确定其隐蔽性。2）鲁棒性是指含有水印的图像在经过各种线性和非线性处理后，提取的水印与原始水印之间的差别。差别的大小常用来判断待测图像中是否存在水印。3）水印容量是指水印的信息量。水印容量和鲁棒性之间是相互矛盾的，水印容量的增加会带来鲁棒性的下降，对隐蔽性也有同样的影响。,2项目要求,以一幅256256的256级灰度图像woman作为原始图像，以一幅256256的黑白图像text.png的局部作为水印图像。水印检测不需要原始图像，只需要密钥；水印具有一定的隐藏性和鲁棒性。（1）隐蔽性要求含有水印的图像与原始图像在视觉上无明显改变、峰值信噪比大于30、相关系数大于0.95。提取的水印图像与嵌入的水印图像相关系数大于0.9，视觉上无明显差别。（2）鲁棒性要求含有水印的图像经过剪切、加噪声、滤波、压缩等处理后，提取的水印图像在视觉上变化不大，与原水印的峰值信噪比大于30、相关系数大于0.85。（3）水印容量在满足隐蔽性和鲁棒性指标的前提下，水印容量越多越好。,3实施步骤1）讨论、研究项目要求，明确项目内容；2）检索、阅读参考资料，学习项目设计提示；3）仿真算法，讨论、评价、修改算法，并确定一个项目实现方案；4）实现方案，完成项目；5）撰写项目报告；6）项目演示、讲解设计方案，完成项目评价。,二、项目设计提示,（1）数字水印嵌入模型（2）数字水印提取模型,（3）算法介绍1）最低有效位算法（LSB）：是一种典型的空间域信息隐藏算法。用特定的密钥产生随2）变换域水印算法：变换域水印算法是目前研究最多的一种数字水印，具备鲁棒性强、隐蔽性好的特点。,三、项目评价,重点评价对新技术的理解能力和研究能力，主要评价以下几个方面：（1）信息获取和归纳能力（2）新技术的研究能力（3）算法评价（4）论文评价（5）答辩过程评价,8.5 大米垩白度的自动检测,一、项目说明 1项目背景介绍垩白是指稻米胚乳中白色不透明的部分，按其发生部位可将垩白区分为腹白、心白和背白等类型，垩白米粒与正常米粒色泽明显不同的米粒。垩白度是指垩白米粒的垩白面积占试样米粒面积总和的百分比。现行的垩白度检测采用人工目测完成，由于目测很难精确确定垩白面积，因此导致主观性强、效率低且可重复性差，影响了稻米的商品流通和加工品质提高。,2项目要求（1）图像采集（2）图像增强（3）图像分割（4）图像统计,3实施步骤1）讨论、研究项目要求，明确项目内容；2）查阅参考资料和项目设计提示，研究比较图像分割算法；3）讨论、仿真算法，确定一个适合本项目图像分割方案；4）完成大米垩白度的自动检测算法；5）检测大米样品，比较自动检测结果与人工检测结果；6）撰写项目报告；7）项目演示、讲解设计方案，完成项目评价。,二、项目设计提示,首先用数码相机或摄像头把大米样品图像读入计算机，为减少计算量将彩色图像转换成灰度图像；再进行中值滤波和区域背景亮度估计等图像增强处理；选取样品局部图像，利用大津算法自动选取籽粒分割阈值和垩白分割阈值，并作为固定阈值参数保存；然后分别使用两个存储的阈值参数分割图像，得到全部米粒及垩白区域的二值图像；最后计算出米粒总面积、垩白面积，就可算出检测样品的垩白度。,三、项目评价,（1）信息获取和归纳能力（2）研究能力（3）算法评价（4）论文评价（5）答辩过程评价,