【正文】 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。數(shù)字圖像 處理取得的另一個巨大成就是在醫(yī)學上獲得的成果。 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(jīng)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。 與此同時，圖像處理技術在許多應用領域受到廣泛重視并取得了 重大的開拓性成就，屬于這些領域的有航空航天、生物醫(yī)學工程、工業(yè)檢測、機器人視覺、公安司法、軍事制導、文化藝術等，使圖像處理成為一門引人注目、前景遠大的新型學科。隨著圖像處理技術的深入發(fā)展，從 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。 本課題研究工作與結構安排 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 7 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 6章，結構安排如下： 第一章 緒論，介紹了課題研究目的及意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第二章 介紹了數(shù)字圖像增強處理的基本簡介。 第三章 介紹了 Matlab 基本知識的 介紹。 第四章 介紹了圖像增強的原理及利用 MATLAB 來實現(xiàn)圖像增強。 第五章 介紹了二值圖像操作原理及利用 MATLAB 實現(xiàn)二值圖像操作。 第六章 總結與展望。 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 8 2 數(shù)字圖像增強處理基本簡介 基本概念 圖像增強是一類基本的圖像處理技術，其目的是對圖像進行加工，以得到對具體應用來說視覺效果更好、更有用的圖像。這里的好和有用要因具體的應用目的和要求而異，并且所需的具體增強技術也可不同。 目前常用的增強技術根據(jù)其處理所進行的空間不同，可分為基 于圖像域的方法和基于變化域的方法。第一類，直接在圖像所在的空間進行處理，也就是在像素組成的空間里直接對像素進行操作；第二類，在圖像的變化域對圖像進行間接處理。 圖像增強處理的方法簡介 空間變換增強 空間變換增強又包含了增強對比度和圖像求反。 增強對比度實際是增強原圖像的各部分的反差。實際中往往是通過原圖中某兩個灰度值之間的動態(tài)范圍來實現(xiàn)的。 對圖像求反是將原來的灰度值翻轉，簡單的說就是使黑變白，使白變黑。 普通的黑白底片和照片就是這樣的關系。具體的變換就是將圖像中每個像素的灰度值根據(jù)變換 曲線進行映射。 空域濾波增強 空域濾波可分為線形濾波和非線形濾波兩類。 線形濾波器的設計常基于對傅立葉變換的分析。 非線形空域濾波器則一般直接對鄰域進行操作。 另外各種濾波器根據(jù)功能又主要分成平滑濾波和銳化濾波。平滑可用低通來實現(xiàn)，銳化可用高通來實現(xiàn) 平滑濾波器：它能減弱或消除傅立葉空間的高頻分量，但不影響在低頻分量。因為高頻分量對應圖像中的區(qū)域邊緣等灰度值具有較大較快變化的部分，濾波器將這些分量濾去可使圖像平滑。 銳化濾波器：它能減弱或消除傅立葉空間的高頻分量 頻域增強 頻域增強的基本 原理是：卷積理論是頻域技術的基礎。設函數(shù) f（ x,y）與青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 9 線性位不變算子 h（ x,y）的卷積結果是 g（ x,y），即 g(x,y)=h(x,y)*f(x,y) 那么根據(jù)卷積定理在頻域有： G(x,y)=H(u,v)F(u,v) 其中 G(x,y)、 H(u,v)、 F(u,v)分別是 g(x,y)、 h(x,y)、 f(x,y)的傅立葉變換。 頻域增強的兩個關鍵步驟： （ 1）將圖像從空域轉換到頻域所需的變換及將圖像從頻域空間轉換回空域所需的變換； （ 2）在頻域空間對圖像進行增強加工操作。 常用的頻域增強方法有低通濾波和 高通濾波。 低通濾波也稱低頻濾波器。圖像的能量大部分集中在幅度譜的低頻和中頻度，而圖像的邊緣和噪聲對應于高頻部分。因此能降低高頻成分幅度的濾波器就能減弱噪聲的影響。 高通濾波也稱高頻濾波器，它的頻值在 0頻率處單位為 1，隨著頻率的增長，傳遞函數(shù)的值逐漸增加；當頻率增加到一定值之后傳遞函數(shù)的值通常又回到 0值或者降低到某個大于 1的值。在前一種情況下，高頻增強濾波器實際上是依照能夠帶通濾波器，只不過規(guī)定 0 頻率處的增益為單位 1。 實際應用中，為了減少圖像中面積大且緩慢變化的成分的對比度，有時讓 0頻率處的增益小于單位 1更合適。如果傳遞函數(shù)通過原點，則可以稱為 laplacian濾波器。 青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 10 3 MATLAB 基本知識介紹 MATLAB 的概述 MATLAB 是 MATrix LABoratory（“矩陣實驗室”）的縮寫，是由美國MathWorks 公司開發(fā)的集數(shù)值計算、符號計算和圖形可視化三大基本功能于一體的，功能強大、操作簡單的語言。是國際公認的優(yōu)秀數(shù)學應用軟件之一。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學 ,工程中常用的形式十分相似 ,故用 MATLAB來解算問題要比用 C,FORTRAN等語 言完相同的事情簡捷得多。 MATLAB 包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包 (Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包 .功能工具包用來擴充 MATLAB 的符號計算 ,可視化建模仿真 ,文字處理及實時控制等功能 .學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包 ,控制工具包 ,信號處理工具包 ,通信工具包等都屬于此類 . 開放性使 MATLAB廣受用戶歡迎 .除內(nèi)部函數(shù)外 ,所有 MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件 ,用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構造新的專用工具包 . MATLAB 產(chǎn)生的歷 史背景 在 70 年代中期 ,Cleve Moler 博士和其同事在美國國家科學基金的資助下開發(fā)了調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序庫 .EISPACK 是特征值求解的FOETRAN 程序庫 ,LINPACK 是解線性方程的程序庫 .在當時 ,這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平 . 到 70年代后期 ,身為美國 New Mexico大學計算機系系主任的 Cleve Moler,在給學生講授線性代數(shù)課程時 ,想教學生使用 EISPACK和 LINPACK程序庫 ,但他發(fā)現(xiàn)學生用 FORTRAN 編寫接口程序很費時間 ,于是他開 始自己動手 ,利用業(yè)余時間為學生編寫 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序 .Cleve Moler 給這個接口程序取名為 MATLAB,該名為矩陣 (matrix)和實驗室 (labotatory)兩個英文單詞的前三個字母的組合 .在以后的數(shù)年里 ,MATLAB 在多所大學里作為教學輔助軟件使用 ,并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳 . 1983 年春天 ,Cleve Moler 到 Standford 大學講學 ,MATLAB 深深地吸引了工青島理工大學琴島學院本科畢業(yè)設計說明書（論文） 11 程師 John Little 敏銳地覺察到 MATLAB 在工程領域的廣闊前 景 .同年 ,他和 Cleve Moler,Steve Bangert 一起 ,用 C 語言開發(fā)了第二代專業(yè)版 .這一代的 MATLAB 語言同時具備了數(shù)值計算和數(shù)據(jù)圖示化的功能 . 1984 年 ,Cleve Moler 和 John Little 成立了 Math Works 公司 ,正式把MATLAB 推向市場 ,并繼續(xù)進行 MATLAB 的研究和開發(fā) . 在當今 30 多個數(shù)學類科技應用軟件中 ,就軟件數(shù)學處理的原始內(nèi)核而言 ,可分為兩大類 .一類是數(shù)值計算型軟件 ,如 MATLAB,Xmath,Gauss 等 ,這類軟件長于 數(shù) 值 計 算 , 對 處 理 大 批 數(shù) 據(jù) 效 率高 。 另 一 類 是 數(shù) 學 分 析 型 軟件 ,Mathematica,Maple 等 ,這類軟件以符號計算見長 ,能給出解析解和任意精確解 ,其缺點是處理大量數(shù)據(jù)時效率較低 .MathWorks 公司順應多功能需求之潮流 ,在其卓越數(shù)值計算和圖示能力的基礎上 ,又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號計算 ,文字處理 ,可視化建模和實時控制能力 ,開發(fā)了適合多學科 ,多部門要求的新一代科技應用軟件 ,MATLAB 以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場的主導地位 . 在 MATLAB 進入市場前，國際上的許多軟件包都是直接以 FORTRANC 語言 等編程語言開發(fā)的。這種軟件的缺點是使用面窄，接口簡陋，程序結構不開放以及沒有標準的基庫，很難適應各學科的最新發(fā)展，因而很難推廣。 MATLAB 的出現(xiàn)，為各國科學家開發(fā)學科軟件提供了新的基礎。在 MATLAB問世不久的 80年代中期，原先控制領域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在 MATLAB 上重建。 時至今日，經(jīng)過 MathWorks 公司的不斷完善， MATLAB 已經(jīng)發(fā)展成為適合多學科，多種工作平臺的功能強大大大型軟件。在國外， MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了