数字信号与信息处理1:图像特征定位

实验目的

1. 实验类型：设计性实验；
2. 掌握卷积和相关运算的基本原理与主要应用；
3. 掌握利用MATLAB语言环境进行灰度图像的读取和显示；

4. 掌握利用相关运算进行图像特征的定位的主要方法；

   实验主要仪器设备,软件

5. 硬件准备：PC机

6. 软件准备：Matlab语言环境

实验的基本原理与内容：

1. 实验原理：数字信号处理应用中广泛的应用到相关和卷积运算。从技术上讲，相关和卷积是相同的过程。相关运算常用它来度量两个序列相似的程度，可应用到在图像特性的定位。二维卷积和相关运算的表达式如下：
   

2. 实验内容：应用Matlab语言进行编程，实现在一个包含文字的图像中定位所有的字母“e”。图像matlab工具箱自带图像名为‘text.png’。
   

3. 用到主要的Matlab命令：
   imread，imshow，ginput，im2double，rot90，conv2（或corr2）。

实验的步骤：

1. 输入图像的读取与显示

   >>bw = imread('text.png');
   >>imshow(bw);

1. 从图像中提取字母“e” 的模板图形
   用鼠标取点字母”e”左上角和右下角，划定范围，得出x，y坐标。

• 鼠标取点：

  >> [x,y] = ginput(2)
  
  x =
  
     51.7526
     62.7916
  
  
  y =
     10.7505
  10.7505 
  23.8922

• 求所取矩形的中点，并以该矩形的中心作为基准，将矩形转换为正方形：

  >> l = min(x(2)-x(1) , y(2)-y(1));
  >> half_l = int32(0.5*l); 
  >> ave_x = int32(0.5*(x(1)+x(2)));
  >> ave_y = int32(0.5*(y(1)+y(2)));

• 提取字母模板”e”:

  >> letter1 = bw(ave_y-half_l:ave_y+half_l, ave_x-half_l:ave_x+half_l);
  >> imshow(letter_1)

• 进行输入图像类型的转换，将“e”模板与输入图像进行相关运算

  >> xcorr2(im2double(bw),im2double(letter_1))

• 设定阈值进行特征定位

  >> le_max=max(c1(:));
  >> thresh=le_max-5;   %%减5是为了降噪
  >> imshow(c1>thresh);

• 将“e”与上一步所得特征定位图做卷积运算提取字母“e”

  >>imshow(conv2(im2double(m1),im2double(letter_1)))；

• 将模板“e”图像旋转90度，同理进行相关运算并设定阈值进行特征定位，然后进行卷积得到纵向的“e”

  >> letter_2 = rot90(letter_1,1);
  >> c2 = xcorr2(im2double(bw),im2double(letter_2));
  >> imshow（conv2(im2double(m2),im2double(letter_2)));

• 将两次运算得到的“e”相加，得到最终结果

  >> imshow((c1>thresh) + (c1>thresh));

附完整代码

%%清屏
clc;
clear;  
 
%%读图
bw = imread('text.png');
imshow(bw);             
 
[x,y] = ginput(2);  %取点
 
%%提取字母模板
l = min(x(2)-x(1) , y(2)-y(1));
half_l = int32(0.5*l); 
ave_x = int32(0.5*(x(1)+x(2)));
ave_y = int32(0.5*(y(1)+y(2)));
letter_1 = bw(ave_y-half_l:ave_y+half_l,ave_x-half_l:ave_x+half_l);

%%相关运算 
c1=xcorr2(im2double(bw),im2double(letter_1));
 
%%设定阈值并定位
le_max=max(c1(:));
thresh=le_max-5;
m1 = (c1>thresh);
 
%%纵向字母定位
letter_2 = rot90(letter_1,1);
c2 = xcorr2(im2double(bw),im2double(letter_2));
m2 = (c2>thresh);
 
%%卷积运算，将所需字母提取出来
imshow(conv2(im2double(m1),im2double(letter_1))+conv2(im2double(m2),im2double(letter_2)));