【正文】 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 來解算問題要比用 C,FORTRAN 等語(yǔ)言完全相同的事情簡(jiǎn)捷得多 。 當(dāng)前流行的 MATLAB 工具包 (Toolbox) 。 工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包 .功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB 的符號(hào)計(jì)算 ,可視化建模仿真 ,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能 .學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包 ,控制工具包 ,信號(hào)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(duì)源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用 工具包 。 MATLAB 的特點(diǎn) MATLAB 語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)，正如同 FORTRAN 和 C 等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 的 MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。 MATLAB 最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB 用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和 FORTRAN 語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。 MATLAB 給用戶帶來的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境 [1]。 (1)Matlab 有強(qiáng)大的自帶的幫助手冊(cè)，基于 HTML 的完整的幫助功能 。 (2)運(yùn)算符豐富。由于 MATLAB 是用 C 語(yǔ)言編寫的， MATLAB 提供了和 C 語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用 MATLAB 的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。 3 (3)高級(jí)但簡(jiǎn)單的程序環(huán)境 ，與其它語(yǔ)言編寫的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)的能力；MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如 for 循環(huán)， while 循環(huán)， break 語(yǔ)句和 if 語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴? (4)程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在 MATLAB 里，用戶無需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。有大量事先定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且有很強(qiáng)的用戶自定義函數(shù)的能力 。 (5)程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。 (6)MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。在 FORTRAN 和 C 語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB 里， 數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。 MATLAB 還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。具有教育、科學(xué)和藝術(shù)學(xué)的圖解和可視化的二維、三維圖 。 (7)語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。有高性能數(shù)值計(jì)算的高級(jí)算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域； MATLAB 程序書寫形式自由，利用起豐富的庫(kù)函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性?？梢哉f，用 MATLAB 進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。 (8)功能強(qiáng)大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。 MATLAB 包含兩個(gè)部分：核 心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高，精，尖的研究。 (9)源程序的開放性。開放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改 的源文件，用戶可通過對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。 (10)MATLAB 的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于 MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢 。 MATLAB 的主要功能 (1)數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能 MATLAB 以矩陣作為數(shù)據(jù)操作的基本單位，還提供了十分豐富的數(shù)值計(jì)算函數(shù)。 MATLAB 和著名的符號(hào)計(jì)算語(yǔ)言 Maple 相結(jié)合，使得 MATLAB 具有符號(hào)計(jì)算功能。 4 (2)繪圖功能 MATLAB 提供了兩個(gè)層次的繪圖操作： 一種是對(duì)圖形句柄進(jìn)行的低層繪圖操作，另一種是建立在低層繪圖操作之上的高層繪圖操作。 (3)編程語(yǔ)言 MATLAB 具有程序結(jié)構(gòu)控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特征，而且簡(jiǎn)單易學(xué)、編程效率高。 (4)MATLAB 工具箱 MATLAB 包含兩部分內(nèi)容：基本部分和各種可選的工具箱。 MATLAB 工具箱分為兩大類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。 MATLAB 在圖像處理中的應(yīng)用 圖像處理工具箱是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的。所支持的圖像處理操作有 :圖像的幾何操作、鄰域和區(qū)域操作、 圖像變換、圖像恢復(fù)與增強(qiáng)、線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)、變換 (DCT 變換等 )、圖像分析和統(tǒng)計(jì)、二值圖像操作等。下面就 MATLAB 在圖像處理中各方面的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹 [2]： (1) 圖像文件格式的讀寫和顯示。 MATLAB 提供了圖像文件讀入函數(shù) imread( ) ,用來讀取如 : bmp、 tif、 pg、 pcx、 tiff、 gpeg、 hdf、 xwd 等格式圖像文件 。圖像寫出函數(shù) imwrite( ),還有圖像顯示函數(shù) image( )、 imshow( )等等。 (2) 圖像處理的基本運(yùn)算。 MATLAB 提供了圖像的和、差等 線性運(yùn)算 ,以及卷積、相關(guān)、濾波等非線性運(yùn)算。例如 ,conv2( I ,J )實(shí)現(xiàn)了 I ,J 兩幅圖像的卷積。圖像變換， MATLAB 提供了一維和二維離散傅立葉變換 (DFT)、快速傅立葉變換 (FFT)、離散余弦變換 (DCT)及其反變換函數(shù) ,以及連續(xù)小波變換 (CWT)、離散小波變換 (DWT)及其反變換。 (3)圖像變換。 MATLAB 提供了一維和二維離散傅立葉變換 (DFT)、快速傅立葉變換(FFT)、離散余弦變換 (DCT)及其反變換函數(shù) ,以及連續(xù)小波變換 (CWT)、離散小波變換(DWT)及其反變換 (4)圖像的分 析和增強(qiáng)。針對(duì)圖像的統(tǒng)計(jì)計(jì)算 , MATLAB 提供了校正、直方圖均衡、中值濾波、對(duì)比度調(diào)整、自適應(yīng)濾波等對(duì)圖像進(jìn)行的處理。 (5)圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理。針對(duì)二值圖像 ,MATLAB 提供了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算函數(shù) :腐蝕(Erode)、膨脹 (Dilate)算子 ,以及在此基礎(chǔ)上的開 (Open)、閉 (Close)算子、厚化 (Thicken)、薄化 (Thin)算子等豐富的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算。 以上所提到的 MATLAB 在圖像中的應(yīng)用都是由相應(yīng)的 MATLAB 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的 ,使用時(shí)只需按照函數(shù)的調(diào)用語(yǔ)法正確輸入?yún)?shù)即 5 可。 什么是頻域增強(qiáng) 由于圖像增強(qiáng)技術(shù)現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一為一種算法，因此圖像增強(qiáng)技術(shù)由于各種不同目的而產(chǎn)生了多種算法，把這些 算法可以根據(jù)處理空間的不同分為基于空間域的圖像增強(qiáng)算法和基于 頻 域的圖像增強(qiáng)算法。 頻域增強(qiáng)是利用圖像變換的方法將原來的圖像空間中的圖像以某種形式轉(zhuǎn)換到頻域中，然后利用該空間的特有性質(zhì)方便地進(jìn)行圖像處理，最后再轉(zhuǎn)換回原來的圖像空間中，從而得到處理后的圖像。 在頻域空間，圖像的信息表現(xiàn)為不同頻率分量的組合。如果能讓某個(gè)范圍內(nèi)的分量或某些頻率的分量受到抑制而讓其他分量不受影響，就可以改變輸出圖的 頻率分布，達(dá)到不 同的增強(qiáng)目的 [3] 。 頻域增強(qiáng)原理 頻域增強(qiáng)概述 頻 域增強(qiáng) 的基礎(chǔ)是卷積定理。它采用修改圖像傅立葉變換的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)處 理 [1]。 設(shè)大小為 M? N 的函數(shù) ( , )f xy 和 ( , )hxy 的離散卷積表示為 ( , )f xy * ( , )hxy ,并定義為 : (, )fxy * ( , )hxy =1/MN 1100MNmn??????( , )f mn ( , )h x n y n?? () 用 ( , )Fuv 和 ( , )Huv 分別表示 ( , )f xy 和 ( , )hxy 的傅里葉變換 ,卷積定理就是 : ( , )f xy * ( , )hxy 和 ( , )Fuv ( , )Huv 組成一傅里葉變換對(duì) ,同時(shí) ( , )f xy ( , )hxy 和 ( , )Fuv * ( , )Huv 也組成一傅里葉變換對(duì) ,可以表示為 : ( , )f xy * ( , )hxy ? ( , )Fuv ( , )Huv () ( , )f xy ( , )hxy ? ( , )Fuv * ( , )Huv () 如果設(shè) ( , )gxy = ( , )f xy * ( , )hxy 則 ( , )Guv = ( , )Huv ( , )Fuv () 其中 ( , )Guv 是 ( , )gxy 的傅里葉變換 。 在具體的增強(qiáng)應(yīng)用中 , ( , )f xy 是給定的 ,這樣我們可得到 ( , )Fuv ,只要確定 ( , )Huv , 6 就可以算出 ( , )Guv ,于是可下式得到所需的 ( ,