【正文】 MATLAB軟件課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目： 應(yīng)用圖像處理 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013年4月8日4月14日 目錄摘要………………………………………………………………………………………………………………………......... 3概述……………………………………………………………………………………………………………………… 4課程設(shè)計(jì)及要求………………………………………………………………………………………………….. 4…………………………………………………………………………………………………………4 ……………………………………………………………………........................................................5系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………………………………………….5 …………………………………………………………………………………………………………5 ………………………………………………………………………………………………..5 ………………………………………………………………………………………..6 …………………………………………………………………………………………………8 ………………………………………………………............................................8 ………………………………………………………………………………………16系統(tǒng)調(diào)試……………………………………………………………………………………………………………...19 …………………………………………………………………………………………………...19 …………………………………………………………………………………………………...19 …………………………………………………………………………………………………...23 …………………………………………………………………………………………………….....33收獲、心得………………………………………………………………………………………………………....34參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………………………. 35摘 要應(yīng)用圖像處理系統(tǒng)是一種專門(mén)針對(duì)圖像需求處理的軟件設(shè)計(jì)，圖像處理包括圖像數(shù)字化，圖像增強(qiáng)和復(fù)原，圖像數(shù)字編碼，圖像分割，圖像識(shí)別和圖像理解等。這種系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于IT行業(yè)，尤其是對(duì)圖像的識(shí)別處理有重要的意義。本文針對(duì)課程設(shè)計(jì)的要求，分別設(shè)計(jì)了常用處理模塊、圖像壓縮模塊、噪聲處理模塊、彩色增強(qiáng)模塊、灰度變換模塊等五大單元模塊?；緦?shí)現(xiàn)了圖像處理功能的需求。 常用處理模塊設(shè)計(jì)了圖像的旋轉(zhuǎn)、底片效果、邊緣信息、運(yùn)動(dòng)模糊處理功能，運(yùn)用imrotate，implement，edge，fspecial等函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)課程任務(wù)內(nèi)容一，設(shè)計(jì)了圖像壓縮模塊。采用了DCT變換、小波變換和雙線插值等方法，實(shí)現(xiàn)了圖片壓縮的效果。針對(duì)課程任務(wù)內(nèi)容二，設(shè)計(jì)了圖像增強(qiáng)模塊。采用了RGB分量、亮度切割和偽彩色等方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像彩色的增強(qiáng)效果。針對(duì)課程任務(wù)內(nèi)容三，設(shè)計(jì)了灰度變換模塊。采用了直方圖均衡化和規(guī)定化等方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像灰度變換的效果。針對(duì)課程任務(wù)內(nèi)容四，設(shè)計(jì)了噪聲處理模塊。運(yùn)用imnoise函數(shù)，添加了高斯、椒鹽、乘性等三種噪聲。設(shè)計(jì)了均值濾波、中值濾波、維納濾波、線性濾波等濾波器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加入噪聲圖像濾波的功能。其中，中值濾波對(duì)椒鹽噪聲的濾波效果好一點(diǎn)。關(guān)鍵詞： 圖像處理、DCT變換、小波變換、RGB分量、亮度切割 均衡化、 規(guī)定化、 噪聲處理1．概述進(jìn)入二十一世紀(jì)，人類已步入信息社會(huì)，新信息技術(shù)革命使人類被日益增多的多媒體信息所包圍，這也正好迎合了人類對(duì)提高視覺(jué)信息的需求性。多媒體信息主要有三種形式：文本、聲音和圖像。從信息傳輸?shù)陌l(fā)展史（電報(bào)、電話、傳真、收音機(jī)、電視機(jī)直至現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)）可以看出，人們逐漸將信息傳輸?shù)闹攸c(diǎn)從聲音轉(zhuǎn)向圖像，然而圖像是三種信息形式中數(shù)據(jù)量最大的，這給圖像的傳輸和存儲(chǔ)帶來(lái)了極大的困難。MATLAB是由美國(guó)MathWorks公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算軟件, MATLAB不僅提供了豐富的圖形命令和圖形函數(shù)，而且其面向?qū)ο蟮膱D形系統(tǒng)具有強(qiáng)大的圖形用戶界面(Graphic User Interface，GUI)生成能力。這樣，用戶就可以充分利用系統(tǒng)提供的GUI特性，編寫(xiě)自己需要的圖形界面，從而可以高效地制作出理想的應(yīng)用軟件。在MATLAB中有個(gè)重要的圖像處理工具包，該工具包是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的，按功能可以分為以下幾類：圖像顯示、圖像文件輸入與輸出、幾何操作、像素值統(tǒng)計(jì)、圖像增強(qiáng)、圖像識(shí)別、圖像濾波、圖像變換、鄰域和塊操作、二值圖像操作、顏色映射和顏色空間轉(zhuǎn)換、圖像格式轉(zhuǎn)換等。和其他工具包一樣，用戶還可以根據(jù)需要書(shū)寫(xiě)自己的函數(shù)，以滿足特定的需要；也可以將這個(gè)工具包和信號(hào)處理工具包或小波工具包等其他工具包聯(lián)合起來(lái)使用。本文利用MATLAB提供的交互式GUI開(kāi)發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)了圖像處理軟件的主界面和各個(gè)子功能界面，實(shí)現(xiàn)了圖像處理的需求功能。，常常用到離散余弦變換（DCT）。DCT變換用于圖像的壓縮實(shí)例。請(qǐng)?jiān)跍y(cè)試圖像中驗(yàn)證你的結(jié)論。，在測(cè)試圖像中驗(yàn)證你的結(jié)論，分析程序結(jié)果。如均值濾波器、中值濾波器、維納濾波器等。，如圖像的旋轉(zhuǎn)、底片處理、模糊處理等一些功能。 。 。系 統(tǒng)主界面常用處理模塊圖像壓縮模塊噪聲處理模塊加入噪聲彩色增強(qiáng)模塊濾波處理灰度變換模塊圖31圖像處理結(jié)構(gòu)框圖首先鍵入guide命令，彈出GUI圖形用戶設(shè)計(jì)面板。在該設(shè)計(jì)面板中，左上角設(shè)計(jì)了菜單欄選項(xiàng)：文件（打開(kāi)、保存、退出）、編輯(還原、撤銷、截圖)、幫助等。主界面分別設(shè)計(jì)了5個(gè)單元模塊，包括常用處理模塊(旋轉(zhuǎn)、底片處理、邊緣信息、模糊處理)，圖像壓縮模塊（DCT變換、小波變換、線性插值），噪聲處理模塊（加入噪聲和濾波處理），彩色增強(qiáng)模塊（RGB分量法、亮度切割法、偽彩色處理），灰度變換模塊（均衡化、規(guī)定化、灰度加深）。各單元模塊中分別加入控件（Push Button和Popup Menu）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能的控制操作。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如上圖31所示。 主界面包括常用處理模塊、圖像壓縮模塊、噪聲處理模塊、彩色增強(qiáng)模塊、灰度變換模塊。具體設(shè)計(jì)如下面所述：常用模塊中設(shè)計(jì)了圖片旋轉(zhuǎn)、底片處理、邊緣信息、模糊處理等功能。原理簡(jiǎn)介如下所述：通過(guò)imrotate函數(shù)來(lái)旋轉(zhuǎn)圖像。imrotate函數(shù)主要包括兩個(gè)參數(shù)：需要旋轉(zhuǎn)的圖像和旋轉(zhuǎn)的角度。如果指定一個(gè)正的旋轉(zhuǎn)角度，那么imrotate函數(shù)將使用指定的插值方法和旋轉(zhuǎn)角度將圖像逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；如果指定一個(gè)負(fù)值，那么將按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。如果命令中沒(méi)有指定插補(bǔ)方法，則函數(shù)采用默認(rèn)的最近鄰插補(bǔ)方法。對(duì)于最近鄰插補(bǔ)方法，為了確定插值像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，用戶必須在輸入圖像中查找到與輸出像素相應(yīng)的點(diǎn)。2. 底片處理原理簡(jiǎn)介實(shí)現(xiàn)底片效果，即完成對(duì)二值圖像的求補(bǔ)運(yùn)算，將二值圖像進(jìn)行黑白兩色互換，就是把黑色部分變成白的，把白色部分變成黑的。運(yùn)用implement函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像取反，形成底片效果。3. 邊緣信息原理簡(jiǎn)介圖像邊緣信息是指其周?chē)袼鼗叶扔须A躍變化或“屋頂”變化的那些像素的集合。邊緣廣泛存在于物體與背景之間、物體與物體之間、基元與基元之間。經(jīng)典的邊緣提取方法是考察圖像的每個(gè)像素在某個(gè)鄰域內(nèi)灰度的變化，利用邊緣鄰近一階或二階方向?qū)?shù)變化規(guī)律，用簡(jiǎn)單的方法檢測(cè)邊緣，這種方法稱為邊緣檢測(cè)局部算子法。如果一個(gè)像素落在圖像中某一個(gè)物體的邊界上，那么它的鄰域?qū)⒊蔀橐粋€(gè)灰度級(jí)的變化帶，對(duì)這種變化最有用的2個(gè)特征(灰度的變化率和方向)，它們分別以梯度向量的幅度和方向來(lái)表示。邊緣檢測(cè)算子檢查每個(gè)像素的鄰域并對(duì)灰度變化率進(jìn)行量化，也包括方向的確定。設(shè)計(jì)中采用edge函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)邊緣信息的獲取。4. 模糊處理原理簡(jiǎn)介運(yùn)動(dòng)模糊圖像中，在運(yùn)動(dòng)方向上大多數(shù)模糊圖像的背景像素點(diǎn)具有很強(qiáng)的相關(guān)性，即沿著運(yùn)動(dòng)模糊的軌跡，背景像素點(diǎn)的灰度值逐漸變化或者不變。通過(guò)文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)，先對(duì)模糊圖像進(jìn)行一階微分，然后進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，可得一條鑒別曲線，曲線上會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱的相關(guān)峰，峰值為負(fù)，兩相關(guān)峰之間的距離等于運(yùn)動(dòng)模糊長(zhǎng)度。離散余弦變換(DCT)是一種與離散傅立葉變換緊密相關(guān)的正交變換,88的二維離散余弦變換可以將圖像的空間表達(dá)式轉(zhuǎn)換到頻率域,只用少量的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)表達(dá)圖像,用f(x,y)表示88的圖像塊像素值,F(u,v)表示二維離散余弦變換后的值,具體表達(dá)式如下: 式 式（31）其反變換如下式:式（32）其中, 式（33）二維離散余弦變換具有可分離性,即可以先對(duì)每行進(jìn)行一維離散余弦變換,再對(duì)每列進(jìn)行一維離散余弦變換,因此,二維離散余弦變換可表示為:式（34） 式（35）如果直接按照公式計(jì)算,其計(jì)算量很大,所以,實(shí)際應(yīng)用中普遍采用快速傅立葉變換(FFT)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)離散余弦變換的快速算法。任何連續(xù)的事物堆成函數(shù)的傅里葉變換中只含有余弦項(xiàng)，因此余弦變換與傅里葉變換一樣，有明確的物理意義。DCT實(shí)現(xiàn)將整體圖像分成N*N像素塊，然后對(duì)N*N像素塊逐一進(jìn)行DCT 變換。由于大多數(shù)的圖像的高頻分量較小，相應(yīng)于高頻成分的系數(shù)經(jīng)常為零，加上人眼對(duì)高頻成分的失真不太敏感，所以可以用更粗的量化。因此傳送變換系數(shù)所用的數(shù)碼率要大大小于傳送圖像像素所用的數(shù)碼率。到達(dá)接收端后再通過(guò)反離散余弦變換回到樣值，雖然會(huì)有一定的失真，但是能基本接受。N代表像素?cái)?shù)，一般N=8，8*8的二位數(shù)據(jù)塊經(jīng)DCT后變成8*8個(gè)變換系數(shù)，這些系數(shù)都有著明確的物理意義：U代表水平像素號(hào)，V代表處置像素號(hào)。隨著U、V值增大，相應(yīng)的系數(shù)分別代表逐步壓縮的水平空間頻率分量和垂直空間頻率分量的大小。在JPEG圖像壓縮算法里，輸入圖像被分為8*8小塊，然后對(duì)每一小塊進(jìn)行二位DCT變換，變換后的系數(shù)量化、編碼并傳輸，JPEG格式文件解碼量化了的DCT系數(shù)，對(duì)每一塊計(jì)算二位逆DCT變換，最后把結(jié)果塊拼接成一個(gè)完整的圖像。在DCT變換后舍棄那些不嚴(yán)重影響圖像重構(gòu)接近0的系數(shù)。先對(duì)一維小波變換作一簡(jiǎn)單介紹。設(shè)f(x)為一維輸入信號(hào)，記，這里與分別稱為定標(biāo)函數(shù)與子波函數(shù)，與為二個(gè)正交