【正文】 寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 致 謝 一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，先對(duì)指導(dǎo)我們的 ***老師說一聲謝謝，這幾個(gè)月我學(xué)到了很多，不僅僅是關(guān)于圖像處理這門課的知識(shí)，還有很多做人做事的方法和態(tài)度。) imwrite(PA,39。) xlabel(39。) 圖 原始圖像直方圖 S1=zeros(1,256)。 end figure,bar(0:255,GP,39。輸入彩色 JPG39。確切地說它們分別 稱為照度成分 ),( yxi 和反射成分 ),( yxr 。直方圖拉伸和 直方圖均衡 化是兩種最常見的間接對(duì)比度增強(qiáng)方法。針對(duì)圖像的統(tǒng)計(jì)計(jì)算 MATLAB 提供了校正、直方寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 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。 （ 1） 圖像文件格式的讀寫和顯示。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如 control， toolbox, signl processing toolbox, mumnication toolbox 等。 寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 （ 7） 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 是用 C 語言編寫的， MATLAB 提供了和 C語言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用 MATLAB 的運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。 MATLAB 用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和 FORTRAN 語言的冗長(zhǎng)代碼。 時(shí)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(xué)科，多種工作平臺(tái) 的功能強(qiáng)大大大型軟件。 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 的概述 MATLAB 是 MATrix LABoratory（“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）的縮寫，是由美國(guó)MathWorks 公司開發(fā)的集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算和圖形可視化三大基本功能于一體的，功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的語言。 （ 1） 強(qiáng)度分層 強(qiáng)度分層是偽彩色增強(qiáng)技術(shù)中原理最簡(jiǎn)單、操作最簡(jiǎn)便的一種。眾所周知，對(duì)一般觀察者來說，眼睛能分辨的灰度級(jí)介于十幾到二十幾之間，而對(duì)不同亮度和色調(diào)的彩色分辨能力卻可達(dá)到灰度分辨能力的百倍以上，利用人類視覺系統(tǒng)的這一特性，將灰度圖像變成彩色圖像，或者改變已有彩色的 分布，無疑都會(huì)改善圖像的寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 視覺效果。 （ 2） 拉普拉斯算子 拉普拉斯算子是線性二階微分算子，與梯度算子一樣，具有旋轉(zhuǎn)不變性，從而滿足不同走向的圖像邊界的銳化要求。 銳化 圖像平滑往往使圖像中的邊界、輪廓變得模糊，為了減少這類不利效果的影響，這就需要利用圖像銳化技術(shù)，使圖像邊緣變得清晰。這些噪聲的存在直接影響著后續(xù)的處理過程，使圖像失真。常見的圖像噪聲主要有加性噪聲、乘性噪聲和量化噪聲等。這樣，在很多特殊的情況下，需要變換后圖像的直方圖具有某種特定的曲線，例如對(duì)數(shù)和指數(shù)等，直方圖規(guī)定化可以解決這一問題。由于上述原因，數(shù)字圖像的直方圖均衡 只能是近似的。這時(shí)可以將圖像的灰度范圍分開，并且讓灰度頻率較小的灰度級(jí)變大。第二個(gè)條件則保證了映射變換后的像素灰度值在允許的范圍內(nèi)。一幅圖像的直方圖等于它各個(gè)部分直方圖的和。 灰度級(jí)為 [0,L1]范圍的數(shù)字圖像的直方圖是離散函數(shù) h( kr )= kn ，這里 kr 是第k級(jí)灰度， kn 是圖像中灰度級(jí)為 kr 的像素個(gè)數(shù)。為了增加變換的動(dòng)態(tài)范圍，在上述一般公式中可以加入一些寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 調(diào)制參數(shù)，以改變變換曲線的初始位置和曲線的變化速率。則對(duì)于圖像中的任一點(diǎn)的灰度值 P(x,y)，變換后為g(x,y)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示 [1]。 灰度變換 灰度變換可使圖像動(dòng)態(tài) 范圍增大，對(duì)比度得到擴(kuò)展，使圖像清晰、特征明顯，是圖像增強(qiáng)的重要手段之一。這種變換就是所謂的圖像變換。 通過采取適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)處理可以將原本模糊不清甚至根本無法分辨的原始圖片處理成清楚、明晰的富含大量有用信息的可使用圖像 ，因此圖像增強(qiáng)技術(shù)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 目前，許多新的增強(qiáng)算法都充分利用了周圍鄰域這一重要的信息，形成了很多局部處理的灰度調(diào)整算法，該方法主要利用了鄰域的統(tǒng)計(jì)特 性。 圖像增強(qiáng)的現(xiàn)狀與應(yīng)用 計(jì)算機(jī)圖像處理的發(fā)展歷史不長(zhǎng)，但已經(jīng)引起了人們的重視。這時(shí)可以按一定的規(guī)則修改原來圖像的每一個(gè)象素的灰度，從而改變圖像灰度的動(dòng)態(tài)范圍 。但是，增強(qiáng)邊緣的同時(shí)會(huì)同時(shí)增強(qiáng)噪聲，而濾去噪聲又會(huì)使邊緣在一定程度上模糊，因此，在圖像增強(qiáng)的時(shí)候，往往是將這兩部分進(jìn)行折中，找到一個(gè)好的代價(jià)函數(shù)達(dá)到需要的增強(qiáng)目的。到目前為止，圖像處理在圖像通訊、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、衛(wèi)星照片傳輸及分析和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。 1964 年，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室利用計(jì)算機(jī)對(duì)太空船發(fā)回的月球圖像信息進(jìn)行處理，收到明顯的效果，不久 ，一門稱為數(shù)字圖像處理的新學(xué)科便誕生了，而且很快便對(duì)通訊、電視傳輸、醫(yī)學(xué)、印染工業(yè)、工業(yè)檢測(cè)及科學(xué)研究領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。 灰度直方圖 灰度直方圖是數(shù)字圖像處理中一個(gè)最簡(jiǎn)單、最有用的工具，它反映了數(shù)字圖像中每一灰度級(jí)與其出現(xiàn)頻率之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。亮度是觀察者對(duì)所看到的物體表面反射光強(qiáng)的量度。 數(shù)字圖像的基本概 念 數(shù)字圖像的表示 圖像并不能直接用計(jì)算機(jī)來處理，處理前必須先轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像。如對(duì) x 射線圖片、 CT 影像、內(nèi)窺鏡圖像進(jìn)行增強(qiáng)，使醫(yī)生更容易從中確定病變區(qū)域，從圖像細(xì)節(jié)區(qū)域中發(fā)現(xiàn)問題 ；對(duì)不同時(shí)間拍攝的同一地區(qū)的遙感圖片進(jìn)行增強(qiáng)處理，偵查是否有敵人軍事調(diào)動(dòng)或軍事裝備及建筑出現(xiàn) ； 在煤礦工業(yè)電視系統(tǒng)中采用增強(qiáng)處理來提高工業(yè)電視圖像的清晰度，克服因光線不足、灰塵等原因帶來的圖像模糊、偏差等現(xiàn)象，減少電視系統(tǒng)維護(hù)的工作量。盡管由于目的、觀點(diǎn)、愛好等的不同，圖像質(zhì)量很難有統(tǒng)一的定義和標(biāo)準(zhǔn)，但是根據(jù)應(yīng)用要求改善圖像質(zhì)量卻是一個(gè)共同的目標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中每個(gè)部分都有可 能導(dǎo)致圖像品質(zhì)變差，使圖像傳遞的信息無法被正常讀取和識(shí)別。 在圖像處理中，圖像增強(qiáng)技 術(shù)對(duì)于提高圖像的質(zhì)量起著重要的作用。本文先對(duì)圖像增強(qiáng)的原理以及各種增強(qiáng)方法進(jìn)行概述，然后著重對(duì)灰度變換、直方圖均衡化增強(qiáng)方法進(jìn)行了深入的研究，在學(xué)習(xí)數(shù)字圖像的基本表示與處理方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)圖像增強(qiáng)的普遍性問題，研究和實(shí)現(xiàn)常用的圖像增強(qiáng)方法及其算法，通過 Matlab 實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)際處理效果 ， 討論不同的增強(qiáng)算法的適用場(chǎng)合，并 對(duì)其圖像增強(qiáng)方法進(jìn)行性能評(píng)價(jià) 。 因此圖像增強(qiáng)技術(shù)在圖像的傳遞過程中很重要 ,是確保圖像在傳遞過程中 品質(zhì) 好壞的 重要保障 。圖像增強(qiáng)是指根據(jù)特定的需要突出圖像中的重要信息，同時(shí)減弱或去除不需要的信息。圖像增強(qiáng)技術(shù)的快速發(fā)展同它的廣泛應(yīng)用是分不開的，發(fā)展的動(dòng)力來自穩(wěn)定涌現(xiàn)的新的應(yīng)用，我們 可以預(yù)料，在未來社會(huì)中圖像增強(qiáng)技術(shù)將會(huì)發(fā)揮更為重要的作用。早期一般用 picture 代表圖像，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在都用 image 代表離散化了的數(shù)字圖像。作為圖像灰度的量度函數(shù)),( yxf 應(yīng)大于零?？梢杂嗅槍?duì)性地通過改變直方圖的灰度分布狀況，使 灰度均勻地或按預(yù)期目標(biāo)分布于整個(gè)灰度范圍空間，從而達(dá)到圖像增強(qiáng)的效果。 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)主要由圖像采集系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)算機(jī)及輸出設(shè)備組成。但就國(guó)內(nèi)的情況而言，應(yīng)用還是很不普遍，人們主要忙于從事于理論研究，諸如探索圖像壓縮編碼等，而對(duì)于將成熟技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力方面認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)算法在確定轉(zhuǎn)換函數(shù)時(shí)常是基于整個(gè)圖像的統(tǒng)計(jì)量，如： ST轉(zhuǎn)換，直方圖均衡，中值濾波，微分銳化，高通濾波等等。 （ 3） 平滑噪聲 有些圖像是通過掃描儀掃描輸入、或傳輸通道傳輸過來的。圖像處理技術(shù)始 20世紀(jì) 60年代，由于當(dāng)時(shí)圖像存儲(chǔ)成本高，處理設(shè)備造價(jià)高，因而其應(yīng)用面很窄。其中自適應(yīng)濾波器既能平滑又能保護(hù)邊緣，其基本思想是濾波器的參數(shù)可根據(jù)像素所在的鄰域情況而自適應(yīng)選取，也可描述為加權(quán)平均濾波器，可以較好的平滑噪聲區(qū)域，并能保護(hù)較顯著的邊緣，但對(duì)圖像細(xì)節(jié)的保護(hù)較差，該算法對(duì)脈沖噪聲敏感，而且模型的性能受參數(shù)的影響比較大。在圖像處理系統(tǒng)中，圖像增強(qiáng)技術(shù)作為預(yù)處理部分的基本技術(shù)，是系統(tǒng)中十分重要的一環(huán)。 圖像變換是指圖像的二維正交變換，它在圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼等方面有著廣泛的應(yīng)運(yùn)。它主要利用點(diǎn)運(yùn)算來修正像素灰度，由輸入像素點(diǎn)的灰度值確定相應(yīng)輸出點(diǎn)的灰度值，是一種基于圖像變換的操作。 cayxfyxg ab cd ???? ?? ]),([),( () 若圖像中大部分像素的灰度級(jí)分布在區(qū)間 [a,b]內(nèi)， max f為原圖的最大灰度級(jí)，只有很小一部分的灰度級(jí)超過了此區(qū)間，則為了改善增強(qiáng)效果，可以令 寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 ??????????????? ??fyxfbdbyxfacayxfayxfocyxg ab cdm a x),(,),(]),([),(),( () 在曝光不足或過度的情況下，圖像的灰度可能會(huì)局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，這時(shí)得到的圖像可能是一 個(gè)模糊不清、似乎沒有灰度層次的圖像。這時(shí)的變換公式為： 1),( ]),([ ?? ?? ayxfcbyxg () 式 中 a， b， c都是可以選擇的參數(shù)，當(dāng) f(x,y)=a時(shí)， g(x,y)=0，此時(shí)指數(shù)曲線交于 X軸，由此可見參數(shù) a決定了指數(shù)變換曲線的初始位置參數(shù) c決定了變換曲線的陡度，即決定曲線的變化速率。通常以圖像中像素?cái)?shù)目的總和 n去除他的每一個(gè)值，以得到歸一化的直方圖，公示如下： nnrP kk /)( ? k=0,1,2,…,L 1 () 寶雞文理學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 且 ??? ?11 1)(LK krP 因此 )(krP 給出了灰度級(jí)為 kr 發(fā)生的概率估計(jì)值。 （ 4）直方圖具有統(tǒng)計(jì)特性。滿足這兩個(gè)條件，就保證了轉(zhuǎn)換函數(shù)的可逆。當(dāng)圖像的直方圖為一均勻分布時(shí)，圖像的信息熵最大，此時(shí)圖像包含的信息量最大，圖像看起來就顯得清晰。直方圖均衡化處理可大大改善圖像灰度的動(dòng)態(tài)范圍。 直方圖規(guī)定化方法如下：假設(shè) )(krP 是原始圖像分布的概率密度函數(shù)， )(zpz是希望得到的圖像的概率密度函數(shù)。噪聲并不僅限于人眼所見的失真，有些噪聲只針對(duì)某些具體的圖像處理過程產(chǎn)生 影響。這時(shí)可以采用線性濾波和中值濾波的方法。圖像銳化處理的目的是為了使圖像的邊緣、輪廓線以及圖像的細(xì)節(jié)變得清晰，經(jīng)過平滑的圖像變得模糊的根本原因是圖像受到了平均或積分運(yùn)算，因此可以對(duì)其進(jìn)行逆運(yùn)算（如微分運(yùn)算）就可以使圖像變得清晰。 拉普拉斯算子對(duì)圖像中的噪聲非常敏感，為了減少噪聲的影響，在做增強(qiáng)處理之前，先將待處理的圖像進(jìn)行平滑，再做拉普拉斯運(yùn)算。 假彩色處理 假彩色處理的對(duì)象是三基色描繪的自然圖像或同一景物的多光譜圖像。屆時(shí) ),( kjF看成是一個(gè)二維的強(qiáng)度函數(shù)，然后用 m個(gè)平行于水平面的切割平面作切割，得到 m個(gè)不同的灰度區(qū)間。是國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。在國(guó)外 ， MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。 MATLAB 給用戶帶來的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境。 （ 3） MATLAB 既具有結(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?。由?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。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。 MATLAB 提供了圖像文件讀入函數(shù) imread()，用來讀取如 :bmp、 tif、 tiffpcx 、 jpg 、 gpeg 、 hdf、 xwd 等格式圖像文；圖像寫出函數(shù) imwrite() ，還有圖像顯示函數(shù) image()、 imshow()等等。 （ 5） 圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理。直方圖拉伸是通過對(duì)比度拉伸對(duì)直方圖進(jìn)行調(diào)整，從而 “ 擴(kuò)大 ” 前景和背景灰度的差別，以達(dá)到增強(qiáng)對(duì)比度的目的，這種方法可以利用線性或非線性的方法來實(shí)現(xiàn) 。 ),( yxf與 ),( yxi 和 ),( yxr 都成正比，可表示成 ),( yxf ＝ ),( yxi ),( yxr 。) imwrite(rgb2gray(A),39。g39。 for i=1:256 for j=1:i S1(i)=GP(j)+S1(i)。灰度值 39。39。我以前很懶散，但是經(jīng)過 ***老師幾個(gè)月來不倦教誨和悉心指導(dǎo)，我變了很多，謝謝 *老師。隨著科技的發(fā)展圖像處理技術(shù)必將更廣泛的應(yīng)用到人們的生