【正文】 物的特征參數(shù)，三維立體斷層圖像的重建等。 MathWorks 公司推出的 MATLAB 軟件是學習數(shù)理知識的好幫手。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字圖像處理起源于 20 世紀 20 年代。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]。 早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。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。 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。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]。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。 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。 第六章 介紹了圖像復原原理及利用 MATLAB 實現(xiàn)圖像復原。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。 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。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。 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。 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。 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)。 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。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 )。 數(shù)字圖像處理的產(chǎn)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(nóng)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]。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 5 頁 共 41 頁 對圖像的邏輯操作同樣也是基于像素的。我們簡單的把兩幅圖像想除看成是用一副的取反圖像與另一幅圖像相乘。主要包括圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像和轉(zhuǎn)置變換等。圖像增強的算法包括直方圖增強，空域濾波增強，頻域濾波增強和彩色增強等。第二類方法依據(jù)事先制定的準則將圖像分割 為相似的區(qū)域。 （ 6）模式識別 模式識別總是從大量信息和數(shù)據(jù)出發(fā)，在一定的經(jīng)驗和認識基礎上，利用計算機和數(shù)學的推理的方法對信息進行自動識別。 （ 8）圖像壓縮 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 6 頁 共 41 頁 數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量是很巨大的，然而數(shù)字圖像實際上又具有很大的壓縮潛力。在以后的某個時候，再對壓縮圖像進行解壓縮，以重構(gòu)原圖像或原圖像的近似圖像 [8]。 （ 1）在生物醫(yī)學中的應用 主要包括顯微圖像處理； DNA 顯示分析；紅、白血球分析計數(shù)；蟲卵及組織切片的分析；癌細胞的識別；染色體分析等等。 （ 5）遙感上的應用 在遙感的發(fā)展中，可以看到大量與圖像處理密切相關的技術。 （ 6）其他應用 圖像的遠距離通信；多媒體計算機系統(tǒng)及應用；電視電話；服裝試穿顯示；理發(fā)發(fā)型預測顯示；電視會議；辦公自動化、現(xiàn)場視頻管理等 [10]。每一個像素值將取 0 或者 1中的一個值，通常 0表示黑， 1 表示白。矩陣可以是雙精度類型，其值域為 [0， 1]；也可以為 uint8 類型，其數(shù)據(jù)范圍為 [0， 255]。顏色圖為 m*3 雙精度值矩陣，各行分別指定紅綠藍（ RGB）單色值。如果圖像矩陣是 uint8，有一個偏移量，第 0 點值對應于顏色圖的第一行，第一點對應于第二行，依次類推； uint8 長用于圖形文件格式，它支持 256 色。 主要圖像文件格 式 (1) JPEG(Joint Photographic Experts Group)格式，是一種成為聯(lián)合圖像專安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 8 頁 共 41 頁 家組的圖像壓縮格式。它是目前圖像文件格式中最復雜的一種。 (3) BMP（ Windows Bitmap）格式。 (4) GIF(Graphics Interchange Format)格式。目前幾乎所有相關 軟件 都支持它，公共領域有大量的軟件在使用 GIF 圖像 文件。它是最早使用的圖像文件格式之一。 (6) HDF（ Hierarchical Data Format） 格式。 (9) CO（ Windows Icon resource）： 有 1位、 4 位、 8位非壓縮圖像 [12]。 到 20 世紀 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。 John Little敏銳地覺察到 MATLAB在工程領域的廣闊前景。 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。 在 MATLAB進入市場前，國際上的許多應用軟件包都是直接以 FORTRAN和 C語言等編程語言開發(fā)的。 時至今日，經(jīng)過 Math Works 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勁的大型軟件。 MATLAB 簡介 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計 的高科技計算環(huán)境。 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)。 MATLAB 圖像處理工具箱包括： （ 1） 圖像處理工具箱（ Image Processing Toolbox) 它為工程師和科學家提供了一套完整的用于圖像處理和分析的函數(shù)，總共超過了 200 個圖像處理函數(shù)，用戶只需要花少量的時間在算法編程上，而可以把大量時間用于問題的分析處理上。 運算符豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如 for 循環(huán)， while 循環(huán)， break 語句和 if 語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴? (4) 它的繪圖功能強大，由于 MATLAB 在世界范圍內(nèi)特別是在工程計算領域的流行，越來越多的人開始青睞并使用這套軟件。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、圖像恢復與增強、線性濾波和濾波器設計、變換 (DCT 變換等 ) 、圖像分析和統(tǒng)計、二值圖像操作等。 （ 2） 圖像處理的基本運算。 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。針對二值圖像， MATLAB 提供了數(shù)學形態(tài)學運算函數(shù)；腐蝕 (Erode)、膨脹 (Dilate)算子，以及在此基礎上的開 (Open)、閉 (Close)算子、厚化 (Thicken) 、薄化 (Thin) 算子等豐富的數(shù)學形態(tài)學運算。 ④ 使用 immovie 函數(shù)顯示多幀圖像陣列中創(chuàng)建 MATLAB 電影動畫。 以上所提到的 MATLAB 在圖像中的應用都是由相應的 MATLAB 函數(shù)來實現(xiàn)的，使用時，只需按照函數(shù)的調(diào)用語法正確輸入?yún)?shù)即可。這兩個可取的值分別對應于關閉和打開，關閉表征該像素處于背景，而打開表征該像素處于前景。這時候要用更高的灰度級。)。 運行程序，得到圖 41： (1) 原圖 （ 2）二值圖像 圖 41 圖像二值化 二值形態(tài)學的基本運算 數(shù)學形態(tài)學的基礎是集合運算，我們把二值圖像 A 看作是二維坐標點的集合，包含圖像里為 1 的點， B通常是一個小的集合，作用類似于模板。用 B對 A進行形態(tài)學開操作可以記為 BA? ，它的定義為 (41): ? ? BBABA ???? (41) （ 4）閉（ Close）運算：閉運算是先對圖像進行膨脹，然后再進行腐蝕的結(jié)果。 B膨脹 A的過程是：先對 B做關于中心像素的映射，再將其映像平移 x，換句話說，用 B來膨脹 A得到的集是 B平移 后與 A至少有一個非零元素相交時 B的中心像素的位置的集合。 MATLAB膨脹程序代碼如下： clear all。 se=strel(39。 figure。 運行程序，得到如圖 42： 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 15 頁 共 41 頁 (1) 原圖 (2) 圖像膨脹 圖 42 二值圖像膨脹 腐蝕 腐蝕的算符為 ? ， A用 B來腐蝕寫作 A? B。 MATLAB二值腐蝕程序代碼如下： clear all。 se=strel(39。 figure。 運行程序，得 到如圖 43： (1) 原圖 (2) 圖像腐蝕 圖 43 二值圖像腐蝕 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 ……………………………………………………裝………………訂………………線…………………………………………………………………… 第 16 頁 共 41 頁 可以從圖 42中看出膨脹使圖像的邊界像素增多，區(qū)域從四周向外擴大了，造成圖像變得模糊了，邊界重疊了。閉合就是先對圖像進行膨 脹后腐蝕的結(jié)果。開啟運算將背景上的噪聲去除了；再進行閉合運算則將其他噪聲去掉。)可以對 I 圖像進行形態(tài)開運算，利用 bwmorph(I,39。39。 I3=imnoise(I2,39。 I4=bwmorph(I3,39。close39。 figure。 figure。 MATLAB 邊緣提取程序代碼如下： I1=imread(39。 I3=bwperim(I2)。 imshow(I3)。 在 MATLAB 圖像處理工具箱中提供了 bwarea 函數(shù)來計算二值圖像的面積。39。膨脹前圖像面積為 :39。膨脹后圖像面積為 :39。它包括 空域變換增強、空域濾波增強（包括平滑濾波器和銳化濾波器）。 頻域增強方法可表示為 (52)： ? ? ? ? ? ?vuFvuHvuF