【正文】 ，實(shí)現(xiàn)多種功能的、高度復(fù)雜的運(yùn)算求解非常靈活方便。在其短短的歷史中，它卻成功的應(yīng)用于幾乎所有與成像有關(guān)的領(lǐng)域，并正發(fā)揮相當(dāng)重要的作用。 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn) 同模擬圖像處理相比，數(shù)字圖像處理有很多優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)在： 1. 精度高 不管是對(duì) 4bit 還是 8bit 和其他比特圖像的處理，對(duì)計(jì)算機(jī)程序來(lái)說(shuō)幾乎是一樣的。即使處理圖像變大，只需改變數(shù)組的參數(shù)，而處理 方法不變。所以從原理上不管處理多高精度的圖像都是可能的。而在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，就必須對(duì)處理裝置進(jìn)行大幅度改進(jìn)。 2. 再現(xiàn)性好 不管是什么圖像，它們均用數(shù)組或集合表示。將它們輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，用計(jì)算機(jī)容易處理的方式表示。在傳送和復(fù)制圖像時(shí)，只在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，這樣數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。而在模擬圖像處理中，就會(huì)因?yàn)楦鞣N干擾及設(shè)備故障而無(wú)法保持圖像的再現(xiàn)性。 3. 通用性、靈活性高 圖像預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 緒論 2 不管是可視圖像還是 X 線照片、紅外線熱成像、超聲波圖像等不可見(jiàn)光成像，盡管這些圖像成 像體系中的設(shè)備規(guī)模和精度各不相同，但當(dāng)把圖像信號(hào)直接進(jìn)行A/D 變換，或記錄成照片再數(shù)字化，對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)都能用二維數(shù)組表示，不管什么樣的圖像都可以用同樣的方法進(jìn)行處理，這就是計(jì)算機(jī)處理的通用性。另外，對(duì)處理程序自由加以改變，可進(jìn)行各種各樣的處理。如上下滾動(dòng)、漫游、拼圖、合成、變換、放大、縮小和各種邏輯運(yùn)算等，所以靈活性很高。 圖像預(yù)處理的內(nèi)容 在圖像分析中，對(duì)輸入圖像進(jìn)行特征抽取、分割和匹配前所進(jìn)行的處理。圖像預(yù)處理的主要目的是消除圖像中無(wú)關(guān)的信息，恢復(fù)有用的真實(shí)信息，增強(qiáng)有關(guān)信息的可檢測(cè)性和最大 限度地簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，從而改進(jìn)特征抽取、圖像分割、匹配和識(shí)別的可靠性。預(yù)處理過(guò)程一般有數(shù)字化、幾何變換、歸一化、平滑、復(fù)原和增強(qiáng)等步驟。 一幅原始照片的 灰度 值是空間變量（位置的連續(xù)值）的 連續(xù)函數(shù) 。在 MN點(diǎn)陣上對(duì)照片灰度采樣并加以量化（歸為 2b個(gè)灰度等級(jí)之一），可以得到計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字圖像。為了使數(shù)字圖像能重建原來(lái)的圖像 ,對(duì) M、 N和 b值的大小就有一定的要求。在接收裝置的空間和灰度分辨能力范圍內(nèi) ,M、 N 和 b的數(shù)值越大 ,重建圖像的質(zhì)量就越好。當(dāng)取樣周期等于或小于原始圖 像中最小細(xì)節(jié)周期的一半時(shí)，重建圖像的頻譜等于原始圖像的頻譜，因此重建圖像與原始圖像可以完全相同。由于 M、 N 和 b三者的乘積決定一幅圖像在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)量，因此在存儲(chǔ)量一定的條件下需要根據(jù)圖像的不同性質(zhì)選擇合適的 M、 N 和 b值，以獲取最好的處理效果。 用于改正圖像采集系統(tǒng)的 系統(tǒng)誤差 和儀器位置的隨機(jī)誤差所進(jìn)行的變換。對(duì)于衛(wèi)星圖像的系統(tǒng)誤差，如地球自轉(zhuǎn)、掃描鏡速度和地圖投影等因素所造成的 畸變 ,可以用模型表示 ,并通過(guò)幾何變換來(lái)消除。隨機(jī)誤差如飛行器姿態(tài)和高度變化引起的誤 差，難以用模型表示出來(lái)，所以一般是在系統(tǒng)誤差被糾正后，通過(guò)把被觀測(cè)的圖和已知正確幾何位置的圖相比較，用圖中一定數(shù)量的地面 控制點(diǎn) 解雙變量 多項(xiàng)式 函數(shù)組而達(dá)到變換的目的。 使圖像的某些特征在給定變換下具有不變性質(zhì)的一種圖像標(biāo)準(zhǔn)形式。圖像的某些性質(zhì)，例如物體的面積和周長(zhǎng)，本來(lái)對(duì)于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)就具有不變的性質(zhì)。在一般情況下，某些因素或變換對(duì)圖像一些性質(zhì)的影響可通過(guò)歸一化處理得到消除或減弱，從而可以被選作測(cè)量圖像的依據(jù)。例如對(duì)于光照不可控的遙感圖片，圖像預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 緒論 3 灰度 直方圖 的歸一化對(duì)于圖像分析是十分必要的?；叶葰w一化、幾何歸一化和變換歸一化是獲取圖像不變性質(zhì)的三種歸一化方法。 平滑 消除圖像中隨機(jī)噪聲的技術(shù)。對(duì)平滑技術(shù)的基本要求是在消去噪聲的同時(shí)不使圖像輪廓或線條變得模糊不清。常用的平滑方法有中值法、局 部求平均法和 k 近鄰平均法。局部區(qū)域大小可以是固定的，也可以是逐點(diǎn)隨灰度值大小變化的。此外，有時(shí)應(yīng)用空間頻率域帶通濾波方法。 校正各種原因所造成的圖像退化，使重建或估計(jì)得到的圖像盡可能逼近于理想無(wú)退化的像場(chǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中常常發(fā)生圖像退化現(xiàn)象。例如大氣流的擾動(dòng)，光學(xué)系統(tǒng)的像差，相機(jī)和物體的 相對(duì)運(yùn)動(dòng) 都會(huì)使遙感圖像發(fā)生退化?；镜膹?fù)原技術(shù)是把獲取的退化圖像 g(x， y)看成是退化函數(shù) h(x， y)和理想圖像 f(x， y)的卷積。它們的 傅里葉變換 存在關(guān)系 G(u， v＝ H(u， v)F(u， v)。根據(jù)退化機(jī)理確定退化函數(shù)后，就可從此關(guān)系式求出 F(u， v)，再用 傅里葉 反變換求出 f(x， y)。通常把 稱為反向 濾波器 。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于 H(u， v)隨離開(kāi) uv平面 原點(diǎn) 的距離增加而迅速下降，為了避免高頻范圍內(nèi)噪聲的強(qiáng)化，當(dāng) u2+v2 大于某一界限值 W娿時(shí)，使 M(u， v)等于 1。 W0 的選擇應(yīng)使 H(u， v)在 u2+v2≤W 范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)。圖像復(fù)原的代數(shù)方法是以 最小二乘法 最佳準(zhǔn)則為基礎(chǔ)。尋求一估值 ,使優(yōu)度準(zhǔn)則函數(shù)值最小。這種方法比較簡(jiǎn)單，可推導(dǎo)出最小二乘法 維納 濾波器。當(dāng)不存在噪聲時(shí)，維納濾波器成為理想的反向?yàn)V波器。 對(duì)圖像中的信息有選擇地加強(qiáng)和抑制，以改善圖像的視覺(jué)效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)變?yōu)楦m合于機(jī)器處理的形式，以 便于數(shù)據(jù)抽取或識(shí)別。例如一個(gè)圖像增強(qiáng)系統(tǒng)可以通過(guò) 高通濾波器 來(lái)突出圖像的輪廓線，從而使機(jī)器能夠測(cè)量輪廓線的形狀和周長(zhǎng)。圖像增強(qiáng)技術(shù)有多種方法，反差展寬、 對(duì)數(shù) 變換、密度分層和直方圖均衡等都可用于改變圖像灰調(diào)和突出細(xì)節(jié)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往要用不同的方法，反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)才能達(dá)到滿意的效果。 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)圖像處理和計(jì)算機(jī)、多媒體、智能機(jī)器人、專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。近年來(lái)計(jì)算機(jī)識(shí)別、理解圖像的技術(shù)發(fā)展很快，也就是圖像處理的目的除了直接供人觀看（ 如醫(yī)學(xué)圖像是為醫(yī)生觀看作診斷）外，還進(jìn)一步發(fā)展了與計(jì)算機(jī)視覺(jué)有關(guān)的應(yīng)用，如郵件自動(dòng)分檢，車輛自動(dòng)駕駛等。下面僅羅列了一些典型應(yīng)用實(shí)例，而實(shí)際應(yīng)用更廣。 1. 在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 圖像預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 緒論 4 主要包括顯微圖像處理； DNA 顯示分析；紅、白血球分析計(jì)數(shù)；蟲(chóng)卵及組織切片的分析；癌細(xì)胞的識(shí)別；染色體分析等等。 2. 遙感航天中的應(yīng)用 軍事偵察、定位、導(dǎo)航、指揮等應(yīng)用；多光譜衛(wèi)星圖像分析；地形、地圖、國(guó)土普查；地質(zhì)、礦藏勘探；天文、太空星體的探測(cè)及分析等。 3. 工業(yè)應(yīng)用 CAD 和 CAM 技術(shù)用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)；零件 、產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)，焊縫及內(nèi)部缺陷檢查；交通管制、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控；火車車皮識(shí)別等。 4. 軍事公安領(lǐng)域中的應(yīng)用 巡航導(dǎo)彈地形識(shí)別；指紋自動(dòng)識(shí)別；警戒系統(tǒng)及自動(dòng)火炮控制；反偽裝偵察；手跡、人像、印章的鑒定識(shí)別；過(guò)期檔案文字的復(fù)原；集裝箱的不開(kāi)箱檢查等。 5. 其他應(yīng)用 圖像的遠(yuǎn)距離通信；多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用；電視電話；服裝試穿顯示；理發(fā)發(fā)型預(yù)測(cè)顯示；電視會(huì)議；辦公自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)視頻管理等。 MATLAB matlab 簡(jiǎn)述 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美 國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 MATLAB 是由美國(guó) mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于 使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如 C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。 MATLAB 可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì) 與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C， FORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn) ,使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)圖像預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 緒論 5 大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++ ， JAVA 的支持?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 matlab 處理圖像的特點(diǎn) 第一， MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué) ,工程中常用的形式十分相似 ,故用 MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用 C,FORTRAN等語(yǔ)言完 成 相同的事情簡(jiǎn)捷得多 。 第二， 友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 。 MATLAB 由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。 第三， 簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言 。 Matlab 一個(gè)高級(jí)的距 陣 /陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序 (M文件 )后再一起運(yùn)行。 第四， 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 。 MATLAB 是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有 600 多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。 第五， 出色的圖形處理功能 ， MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和距陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維 的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。 第六， 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 ， MATLAB 對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō)，他們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。 文章主要分為四部分，其中，文章的開(kāi)頭簡(jiǎn)單介紹了數(shù)字圖像應(yīng)用的發(fā)展過(guò)程，還對(duì)本文應(yīng)用的 matlab 開(kāi)發(fā)工具的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單講述。文章的第二部分主要針對(duì)圖像預(yù)處理系統(tǒng)中怎么做到灰度轉(zhuǎn)換及灰度直方圖的構(gòu)建。第三部分講的是圖像的預(yù)處理技術(shù)，其中包括 圖像平滑、銳化等。第四部分講的是噪聲處理，噪聲