【正文】 法 .................. 錯誤 !未定義書簽。 第 7 章 總結與展望 ................................... 錯誤 !未定義書簽。 總結 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 展望 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 致謝 .................................................. 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 1 頁 共 41 頁 第 1章 緒論 本章主要介紹課題研究的目的及意義，該課題國內外研究現(xiàn)狀以及論文內容安排等。 課題研究的目的及意義 數(shù)字圖像處理（ Digital Image Processing），就是利用數(shù)字計算機或者其他數(shù)字硬件，對從圖像信息轉換而得到的電信號進行某些數(shù)學運算，以提高圖像的實用性。例如從衛(wèi)星圖片中提取目標物的特征參數(shù)，三維立體斷層圖像的重建等。總的來說，數(shù)字圖像處理包括點運算、幾何處理、圖像增強、圖像復原、圖像形態(tài)學處理、圖像編碼、圖像重建、模式識別等。 由于計算機處理能力的不斷增強 ，數(shù)字圖像處理學科在飛速發(fā)展的同時，也越來越廣泛地向許多其他學科快速交叉滲透，使得圖像作為信息獲取以及信息的利用等方面也變得越來越重要。目前數(shù)字圖像處理的應用越來越廣泛，已經滲透到工業(yè)、醫(yī)療保健、航空航天、軍事等各個領域，在國民經濟中發(fā)揮越來越大的作用。 MathWorks 公司推出的 MATLAB 軟件是學習數(shù)理知識的好幫手。應用 MATLAB 友好的界面和豐富、實用、高效的指令及模塊，可以使人較快地認識、理解圖像處理的相關概念，逐步掌握圖像信號處理的基本方法，進而能夠解決相關的工程和科研中的問題。 圖像是人類獲取 和交換信息的主要來源，因此，圖像處理的應用領域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。隨著人類活動范圍的不斷擴大，圖像處理的應用領域也將隨之不斷擴大 ，數(shù)字圖像處理對人類的作用將是不可限量 [1]。 國內外研究現(xiàn)狀 數(shù)字圖像處理起源于 20 世紀 20 年代。當時，人們通過 Bartlane 海底電纜圖片傳輸系統(tǒng)，從倫敦到紐約傳輸了一幅經過數(shù)字壓縮后的照片，從而把傳輸時間從一周多縮短到不足三個小時。為了傳輸圖片，該系統(tǒng)在傳輸端進行了圖像編碼，然后在接收端用特殊打印設備重構了該圖片。盡管這一應用包含了數(shù)字圖像處理的知識， 但是并沒有使用計算機。而數(shù)字圖像處理需要很大的存儲空間和計算能力，其發(fā)展受到計算機中數(shù)據(jù)存儲、顯示和傳輸?shù)认嚓P技術發(fā)展的制約 [2]。 在 20 世紀 50 年代，當時的電子計算機已經發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機來處理圖形和圖像信息。 20 世紀 60 年代初期數(shù)字圖像處理作為一門學科大約形成 了 。 第一臺可執(zhí)行圖像處理任務的大型計算機出現(xiàn)。 早期的圖像處理的目的是改善圖像的質量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是質量低的圖像，輸出的是改善質量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強、復原、編碼、壓 縮等 。 首次獲得實際成功應用的是美國噴氣推進實驗室（ JPL）。他們對航天探測器徘徊者 7 號在 1964 年發(fā)回的幾千張月球照片使用了圖安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 2 頁 共 41 頁 像處理技術，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進行處理，并考慮了太陽位置和月球環(huán)境的影響，由計算機成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。隨后又對探測飛船發(fā)回的近十萬張照片進行更為復雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類登月創(chuàng)舉奠定了堅實的基礎，也推動了數(shù)字圖像處理這門學科的誕生。在以后的宇航空間技術，如對火星、土星等星球的探測研究中 ，數(shù)字圖像處理技術都發(fā)揮了巨大的作用。 20 世紀 60 年代末 70 年代初，數(shù)字圖像處理技術應用于醫(yī)學圖像、地球遙感監(jiān)測和天文學等諸多領域。 1972 年英國 EMI 公司工程師 Housfield 發(fā)明了用于頭顱診斷的 X 射線計算機斷層攝影裝置，也就是我們通常所說的 CT（ Computer Tomograph）。 CT 的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經計算機處理來重建截面圖像，稱為圖像重建。 1975 年 EMI 公司又成功研制出全身用的 CT 裝置，獲得了人體各個部位鮮明清晰的斷層圖像。 1979 年，這項無損傷診斷技術獲得了諾貝爾獎，說 明它對人類作出了劃時代的貢獻。 1972 年美國陸地資源衛(wèi)星 (Landsat)將多譜圖像用于資源探測。同年，計算機層析儀 (CT)問世，它將圖像重建技術用于醫(yī)學 [3]。 20 世紀 70 年代中期開始， 隨著計算機技術和人工智能、思維科學研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。人們已開始研究如何用計算機系統(tǒng)解釋圖像，實現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計算機視覺。很多國家，特別是發(fā)達國家投入更多的人力、物力到這項研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是 70 年代末 MIT 的 Marr 提出的視 覺計算理論，這個理論成為計算機視覺領域其后十多年的主導思想。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進展，但它本身是一個比較難的研究領域，存在不少困難，因人類本身對自己的視覺過程還了解甚少，因此計算機視覺是一個有待人們進一步 探索新的領域。 課題內容安排 本文主要以 MATLAB 為工具來實現(xiàn)數(shù)字圖像的處理。全文共分 7 章，內容安排如下： 第一章 緒論，介紹了課題研究目的及意義和國內外研究現(xiàn)狀。 第二章 介紹了圖像的數(shù)字化、數(shù)字圖像處理的基本知識和圖像文件格式。 第三章 介紹了 Matlab 仿真軟件。 第四章 介紹了二值圖像操作原理及利用 MATLAB 實現(xiàn)二值圖像操作。 第五章 介紹了圖像增強的原理及利用 MATLAB 來實現(xiàn)圖像增強。 第六章 介紹了圖像復原原理及利用 MATLAB 實現(xiàn)圖像復原。 第七章 總結與展望。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 3 頁 共 41 頁 第 2 章 數(shù)字圖像處理的簡介 圖像的數(shù)字化過程 圖像的數(shù)字化過程就是在計算機內生成一個二維矩陣的過程。數(shù)字化的目的是將一幅圖像以數(shù)字的形式進行表示，并且要做到既不失真又便于計算機進行處理。圖像的數(shù)字化要求是要達到以最小的數(shù)據(jù)量不失真地描述圖像信息。 數(shù)字圖像(digital imagine)和 傳統(tǒng)的圖像即模擬圖像 (picture)是有差別的。 圖像的數(shù)字化包括采樣和量化兩個過程。 采樣 (sampling)就是把在時間上和空間上連續(xù)的圖像分割成離散點（采樣點，即像素）的集合的一種操作。 采樣是對圖像空間坐標的離散化，它決定了圖像的空間分辨率。采樣越細，越能精確地表現(xiàn)圖像。 圖像基本上是在二維平面上連續(xù)分布的信息形式要把它輸入到計算機中，首先要把二維信號變成一維信號，因此要進行掃描 (scanning)。最常用的掃描方法是在二維平面上按一定間隔順序地從上方順序地沿水平方向的直線（掃描線）掃描 ，從而取出濃淡值（灰度值）的線掃描（ Laster 掃描）。對于由此得到的一維信號，通過求出每一特定間隔的值，可以得到離散的信號。對于運動圖像除進行水平，垂直兩個方向的掃描以外，還有進行時間軸上的掃描。 通過采樣，如設橫向的像素數(shù)為 M，縱向的像素數(shù)為 N，則畫面的大小可以表示為“ M*N”個像素。 一般來說，圖像中細節(jié)越多，采樣的間隔應當越小。 如果把這些連續(xù)變化的值（灰度值）量化為 8bit，則灰度值被分成 02552 的256 個級別，分別對應于各個灰度值的濃淡程度，叫做灰度等級或灰度標度。經過采樣，圖像被 分解成在時間上和空間上離散分布的像素，但是像素的值（灰度值）還是連續(xù)值。像素的值，是指白色 灰色 黑色的濃淡值，有時候也指光的強度（亮度）值或灰度值。把這些連續(xù)的濃淡值或灰度值變?yōu)殡x散的值（整數(shù)值）的操作就是量化。 在 0255 的值對應于白 黑的時候，有以 0 為白， 255 為黑的方法，也有以 0 為黑， 255 為白的方法，這取決于圖像的輸入方法以及用什么樣的觀點對圖像進行處理等，這是在編程時應特別注意的問題。但在只有黑白二值的二值圖像的情形，一般設 0 為白， 1為黑 [4]。 量化的方法有： (1) 分層量化（ Hierarchical quantization） (2) 均勻量化（ Uniform quantization） (3) 非均勻量化（ Nonuniform quantization） 分層量化是把每一個離散樣本的連續(xù)灰度值分成有限多的層次。均勻量化是把安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 4 頁 共 41 頁 源圖像灰度層次從最暗至最亮均勻分為有限層次，如果采用不均勻分層就是非均勻量化。 對連續(xù)的灰度值賦予量化級的，即灰度值方法有：等間隔量化 (Equal interval quantization)和非等間隔量化 (Non equal interval quantization)。等間隔量化是簡單地把采樣值的灰度范圍等間隔地分割并進行量化。非均勻量化是依據(jù)一幅圖像具體的灰度值分布的概率密度函數(shù)，按總的量化誤差的最小的原則來進行量化。實用中一般采用等間隔量化 [5]。 3. 采樣、量化和圖像細節(jié)的關系 上面的數(shù)字化過程，需要確定數(shù)值 N和灰度級的級數(shù) K。在數(shù)字圖像處理中，一般都取成 2的整數(shù)冪，即 : 2nN? (21) 2mK? (22) 一幅數(shù)字圖像在計算機中所占的二進制存儲位數(shù) b為 : *l o g ( 2 ) * * ( )m N Nb N N m b it?? (23) 例如，灰度級為 256級 (m=8)的 512 512的一幅數(shù)字圖像，需要大約 210萬個存儲位。隨著 N和 m的增加，計算機所需要的存儲量也隨之迅速增加。 由于數(shù)字圖像是連續(xù)圖像的近似，從圖像數(shù)字化的過程可以看到。這種近似的程度主要取決于采樣樣本的大小和數(shù)量 (N值 )以及量化的級數(shù) K(或 m值 )。 N和 K的值越大，圖像越清晰 [6]。 數(shù)字圖像處理的基本內容 基本概念 數(shù)字圖像處理 (Digital Image Processing)是通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等處理的方法和技術。相對于以往的數(shù)字圖像處理方法，數(shù)字圖像處理是一次新的“工業(yè)革命”，它徹底改變 了以往人們處理圖像時所采用的手段，成為圖像處理中一個嶄新的方向。 數(shù)字圖像處理的產生和迅速發(fā)展主要受三個因素的影響：一是計算機的發(fā)展；二是數(shù)學的發(fā)展 (特別是離散數(shù)學理論的創(chuàng)立和完善 )；三是廣泛的農牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學等方面的應用需求的增長 [7]。 數(shù)字圖像處理的主要內容 從系統(tǒng)整體研究的角度來看，數(shù)字圖像處理的研究內容主要包括