【正文】 于與計算機圖形學相結合，把多個二維圖像合成三維圖像，并加以光照模型和各種渲染技術，能生成各種具有強烈真實感及純凈的高質量圖像。該處理輸入的是圖像，輸出的是一種描述。數(shù)字圖像處理主要采用計算機來實現(xiàn)，隨著計算機軟硬件技術的突飛猛進，以及圖像處理的長足發(fā)展，使得數(shù)字圖像處理技術無論在科學研究、工業(yè)生產(chǎn)、軍事國防以及現(xiàn)代管理決策部門等各行各業(yè)都得到越來越多的應用，其應用場合廣闊、內容眾多、形式新穎、門類齊全，可以說是方興未艾，正向著實時化、大型化、小型化、遠程化等多方面迅猛發(fā)展。它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境，而且還具有可擴展性特征。MATLAB不僅能免去大量的經(jīng)常反復的基本數(shù)學運算，而且它的編譯和執(zhí)行速度都遠遠超過了采用C和Fortran語言設計的程序。它大大加快了工程技術人員從事軟件開發(fā)的效率。 MATLAB圖像處理工具箱簡介 MATLAB中的基本數(shù)據(jù)結構是由一組有序的實數(shù)或復數(shù)元素構成的數(shù)組，圖像對象的表達采用的是一組有序的灰度或彩色數(shù)據(jù)元素構成的實值數(shù)組。MATLAB提供了15類圖像處理函數(shù)，涵蓋了包括近期研究成果在內的幾乎所有的圖像處理方法。其中B是一個包含3列和若干行的數(shù)據(jù)陣列。大多數(shù)情況下，灰度圖像很少和顏色映射表一起保存。圖像文件格式把RGB圖像存儲為24位的圖像，紅、綠、藍分別占8位。 MATLAB既是一種直觀、高效的計算機語言，同時又是一個科學計算平臺。 所以使用MATLAB圖像處理工具箱函數(shù)將大大減輕圖像數(shù)據(jù)的繁雜操作，使我們更加快捷地實現(xiàn)圖像處理任務，不再把很多的時間花在調試一些基本代碼上，而是把更多的精力傾注于各種圖像處理算法的效果上。為了演示圖像處理技術在不可控環(huán)境下的應用，基于MATLAB的平臺，利用其圖形用戶界面(GUI)設計系統(tǒng)和自帶的工具箱設計了這樣一個系統(tǒng)，擁有一些圖像處理技術中的經(jīng)典模塊來實現(xiàn)經(jīng)典實用的若干功能，涵蓋了圖像處理領域的大部分算法。 （4）編寫界面動態(tài)功能的程序，對其功能進行逐項檢查。句柄實際上就是分配給每個對象的數(shù)字標識，每次創(chuàng)建對象時，MATLAB就會自動為它創(chuàng)建一個唯一的句柄，這樣只要我們能找到該句柄，就能對該對象進行操作。 1．系統(tǒng)的特點（1）界面友好，操作簡單方便 界面采用全中文方式的菜單和按鈕方式，便于用戶理解和觀察各種技術和算法對圖像作用的效果。2．系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)處理功能強大，能進行以下方面的圖像處理:（1）可以對圖像進行基本的灰度圖，彩色圖，二值圖的轉換；（2）可以對圖像進行變換操作，包括傅立葉變換、離散余弦變換和Radon變換操作；（3）可以對圖像進行增強操作，包括點運算、空間域濾波、頻域濾波和彩色增強操作，其中點運算又包括灰度變換和直方圖調整，空間域濾波又包括圖像的平滑濾波、銳化濾波，頻域濾波又包括圖像的低通濾波、高通濾波，彩色增強又包括圖像的頻域偽彩色增強、灰度分層法偽彩色變換；（4）可以對圖像進行幾何變換，包括旋轉、縮小、移動、水平鏡像、垂直鏡像、對角鏡像、綜合；（5）可以對圖像進行壓縮編碼操作，包括DW編碼、基于小波變換編碼，和線性預測編碼操作；（6）可以對圖像進行復原操作，包括自適應性維納濾波法、WIENER濾波法等復原操作；（7）可以對圖像進行開運算、閉運算、膨脹、腐蝕等數(shù)學形態(tài)學操作；（8）可以對圖像進行分割操作，包括基于閾值法分割和邊緣檢測分割；（9）還有圖像特征分析的模塊，包括紋理特征分析和邊界提??；（10）最后還有一個實例，來體現(xiàn)圖像處理和分析的應用。主要的下拉菜單如圖所示。窗口中的菜單來實現(xiàn)各功能窗口的轉換，起到導航作用，用戶只需點擊菜單項就可進入到相應功能的用戶操作界面。 整個系統(tǒng)主要包括以下的功能模塊:（1）圖像基本操作模塊 可以對圖像進行打開、退出基本操作，灰度圖，彩色圖，二值圖的轉換；（2）圖像變換模塊 可以對圖像進行傅立葉變換、離散余弦變換和Radon變換操作；（3）圖像增強模塊 可以對圖像包括點運算、空間域濾波、頻域濾波和彩色增強操作，其中點運算又包括灰度變換和直方圖調整，空間域濾波又包括圖像的平滑濾波、銳化濾波，頻域濾波又包括圖像的低通濾波、高通濾波，彩色增強又包括圖像的頻域偽彩色增強、灰度分層法偽彩色變換；（4）幾何變換模塊 可以對圖像進行旋轉、縮小、移動、水平鏡像、垂直鏡像、對角鏡像、綜合操作；（5）壓縮編碼模塊 可以對圖像進行包括DW編碼、基于小波變換編碼，和線性預測編碼操作；（6）圖像復原模塊 可以對圖像自適應性維納濾波法、WIENER濾波法等復原操作；（7）數(shù)學形態(tài)學模塊 可以對圖像進行開運算、閉運算、膨脹、腐蝕等操作；（8）圖像分割模塊 可以對圖像進行分割操作，包括基于閾值法分割和邊緣檢測分割。對菜單的編程主要是調用系統(tǒng)中的其它M函數(shù)文件。該系統(tǒng)界面的設計主要是利用MATLAB所提供的GUI ( GraphUser Interface)向導設計完成的，該向導可以實現(xiàn)多種控件的設計，給用戶提供了一種友好的交互方式，同時也給操作帶來很多方便。例如可以設置菜單的標簽、分隔符、選種模式以及回調函數(shù)字符串?？臻g域增強是直接對圖像各像素進行處理；頻率域增強是將圖像經(jīng)傅立葉變換后的頻譜成分進行處理，然后逆傅立葉變換獲得所需的圖像。這時在顯示器上看到的將是一個模糊不清、似乎沒有灰度層次的圖像。這種變換能對圖像的高灰度區(qū)給予較大的拉伸。反變換關系為直方圖均衡化實現(xiàn)（1）列出原始圖像灰度級, j=0,1,…,k,…,L1。假設圖像是由許多灰度恒定的小塊組成，相鄰像素間存在很高的空間相關性，而噪聲則是統(tǒng)計獨立的。一般很難事先確定最佳的窗口尺寸，需通過從小窗口到大窗口的中值濾波試驗，再從中選取最佳的。并且一階偏導數(shù)采用一階差分近似表示。 其特點是：1．在灰度均勻的區(qū)域或斜坡中間▽2f(x，y)為0，增強圖像上像元灰度不變；2．在斜坡底或低灰度側形成“下沖”；而在斜坡頂或高灰度側形成“上沖”。因此采用該濾波器濾波在抑制噪聲的同時，圖像邊緣的模糊程度大大減小，沒有振鈴效應產(chǎn)生。因此采用高通濾波器讓高頻成分通過，使低頻成分削弱，再經(jīng)逆傅立葉變換得到邊緣銳化的圖像。 頻率域偽彩色增強的方法是： 把黑白圖像經(jīng)傅立葉變換到頻率域，在頻率域內用三個不同傳遞特性的濾波器分離成三個獨立分量；然后對它們進行逆傅立葉變換，便得到三幅代表不同頻率分量的單色圖像，接著對這三幅圖像作進一步的處理（如直方圖均衡化）。代碼如下：I=imread(39。d2=d1。% 顯示RGB空間的灰度直方圖，確定兩個聚類中心(180,180,180)和(200,200,200)figure(2)。imshow(I0)。 2．分析了MATLAB軟件的主要優(yōu)缺點及在圖像處理中的應用。 2．在系統(tǒng)的功能方面，現(xiàn)在的幾個方面主要解決的是初學者和算法研究人員所面臨的對一些共同性的較簡單的處理問題，在實際不可控環(huán)境下的特定問題還沒有怎么深入的涉及。 在本科學習過程中，得到了南昌大學許多老師竭心盡力的教育與培養(yǎng)，在此，同樣表示由衷的感謝。同時武老師的治學態(tài)度與教研精神，以及對我的淳淳教導和殷切希望，對我的學業(yè)與今后工作都產(chǎn)生了積極的影響。希望筆者所做的探索可為將來在不可控環(huán)境下的圖像處理技術的研究開發(fā)提供一些思路和參考，可有所借鑒。最后設計了友好的圖形用戶界面，可以方便用戶更好的觀察處理結果，更好的理解圖像處理技術。imhist(I3)。 end end end figure(1)。[y,x,z]=size(I)。原始圖像如圖：1．進行模糊化處理2．wiene濾波3．灰度轉換4．提取邊界 由此可見，經(jīng)過CANNY算子下邊界提取，文字十分明顯。 彩色增強 頻域偽彩色增強、灰度分層法偽彩色變換 偽彩色增強是把黑白圖像的各個不同灰度級按照線性或非線性的映射函數(shù)變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像的技術。圖像的邊緣、細節(jié)主要位于高頻部分，而圖像的模糊是由于高頻成分比較弱產(chǎn)生的。 在具體增強應用中，是給定的（所以可利用變換得到），需要確定的是，這樣具有所需特性的就可算出 而得到：卷積定理：增強圖像：步驟： a計算圖像的變換b在頻域濾波c反變換回圖像空間1．低通濾波（1）理想低通濾波器設傅立葉平面上理想低通濾波器離開原點的截止頻率為D0，則理想低通濾波器的傳遞函數(shù)為：由于高頻成分包含有大量的邊緣信息，因此采用該濾波器在去噪聲的同時將會導致邊緣信息損失而使圖像邊模糊。 拉普拉斯算子卷積核是一個二階算子，將在邊緣處產(chǎn)生一個陡峭的零交叉。 圖像銳化法最常用的是梯度法。但它對點、線等細節(jié)較多的圖像卻不太合適。 167。設r和s分別表示歸一化了的原圖像灰度和經(jīng)直方圖修正后的圖像灰度。當希望對圖像的低灰度區(qū)較大的拉伸而對高灰度區(qū)壓縮時，可采用這種變換，它能使圖像灰度分布與人的視覺特性相匹配。]，如圖。例如采用一系列技術有選擇地突出某些感興趣的信息，同時抑制一些不需要的信息，提高圖像的使用價值。設計好系統(tǒng)的界面以后，接下來就要利用Menu Edit對系統(tǒng)的菜單進行設計，創(chuàng)建菜單的第一步就是利用GUI的工具欄上的Menu Edit按鈕啟動相應的窗口。由于本系統(tǒng)涉及的圖像處理功能很多，系統(tǒng)運行界面也很多，篇幅有限，系統(tǒng)的設計在此不一一進行論述，只對其總有代表性的圖像增強模塊的設計進行闡述。各個功能對應的M函數(shù)文件，由一個主文件將它們聯(lián)成一個整體，最終形成處理系統(tǒng)。圖像處理模塊是本系統(tǒng)的核心。窗口的標題欄用十給窗口取名，其名稱與實現(xiàn)的算法功能相一致。每一個菜單相應的會有幾個子菜單，子菜單又會相應的再分，其對應的就是每一部分圖像處理的算法，我們這里以圖像變換中的傅立葉變換為例，通過主窗口單擊圖像變換操作，選擇傅立葉變換，進入到傅立葉變換窗口界面，如圖所示。用戶可以根據(jù)實際情況利用本軟件進行逐步的處理試驗，然后選擇最優(yōu)的處理算法、處理步驟，然后再編寫自己的軟件。MATLAB的長處就是處理矩陣運算，因此用MATLAB處理數(shù)字圖像非常的方便。因此，如何編寫對象的回調函數(shù)是該系統(tǒng)的一大難點。 （2）繪出界面草圖，并對其進行檢查 。在不可控環(huán)境下得到的圖像必須經(jīng)過一系列的處理，才能起到更大的作用。盡管這是圖像處理中最基本的步驟，但要實現(xiàn)這一過程要求程序員對待處理圖像的文件格式信息、數(shù)據(jù)操作以及系統(tǒng)API函數(shù)有比較深入的了解，完全實現(xiàn)下來，不算上系統(tǒng)提供的API函數(shù)，全部代碼也有幾百行以上。 MATLAB用于圖像處理系統(tǒng)開發(fā)與其它開發(fā)軟件的比較 以往的圖像處理系統(tǒng)常用VB，Authorware，VC等軟件進行制作，大量工作進行編程，不僅效率低，而且效果也不夠理想。需要指出的是，RGB圖像不使用Windows顏色映射表。MATLAB把灰度圖像存儲為一個數(shù)據(jù)矩陣，該數(shù)據(jù)矩陣中的元素分別代表了圖像中的像素。此外，MATLAB還支持由多幀圖像組成的圖像序列。 MATLAB的圖像處理工具箱功能十分強大,支持的圖像文件格式豐富,如*.BMP、*.JPEG、*.GIF、*.TIFF、*.PCX、*.HDF、*.XWD、*.PNG等。 （3）程序可以被直接看到程序的源代碼，因而不利于算法和數(shù)據(jù)的保密。（3）易學易用性 MATLAB不需要用戶有高深的數(shù)學知識和程序設計能力，不需要用戶深刻了解算法及編程技巧。 MATLAB的主要優(yōu)缺點1．MATLAB的主要優(yōu)點（1）界面友好，編程效率高 MATLAB是一種以矩陣為基本變量單元的可視化程序設計語言，它的語法結構簡單，數(shù)據(jù)類型單一，命令表達方式接近于常用的數(shù)學公式。167。另外，由于攝像設備的小型化和高精度化，圖像的畫質有了顯著改善。統(tǒng)計識別法側重于特征，句法結構識別側重于結構和基元，而模糊識別法是把模糊數(shù)學的一些概念和理論用于識別處理。該處理的典型應用就是CT技術，早期為X射線CT，后來發(fā)展的有ECT、超聲CT、核磁共振(NMR)等。圖像噪聲包括隨機噪聲和相干噪聲，隨機噪聲干擾表現(xiàn)為麻點干擾，相干噪聲表現(xiàn)為網(wǎng)文干擾。1．幾何處理幾何處理主要包括坐標變換，圖像的放大、縮小、旋轉、移動，多個圖像配準，全景畸變校正，扭曲校正，周長、面積、體積計算等。從整體上看，目前圖像處理技術還沒有統(tǒng)一的國際標準。在理解三維景物時需要知識導引，這也是人工智能中正在致力解決的知識工程問題。2．數(shù)字圖像處理技術發(fā)展的瓶頸（1）處理信息量過大 目前，數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很大。（3）適用面寬 圖像可以來自多種信息源。數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展涉及信息科學、計算機科學、數(shù)學、物理學以及生物學等學科，因此數(shù)理及相關的邊緣學科對圖像處理科學的發(fā)展有越來越大的影響。3．完成系統(tǒng)的總體設計，各功能模塊設計。目前國外很多大學、研究院在數(shù)字圖像處理的實驗研究中都應用此軟件。 另外，北京海鑫科金信息技術有限公司首席科學家、清華大學電子工程系丁曉青教授領導的研究小組采用的基于彈性匹配的方法進行人臉識別的核心THIDFace系統(tǒng)在2004年第17屆國際模式識別大會舉辦的FAT2004人臉認證競賽中，以高比率勝出而獲得大會頒發(fā)的唯一的“人臉驗證算法全面最優(yōu)性能獎”，為中國爭得了榮譽。167。例如：由于空間技術的發(fā)展，人造衛(wèi)星可以通過拍攝大量的地面和空間的照片來獲得地球資源、全球氣象和污染情況等；在醫(yī)學上，醫(yī)生可以通過X射線分析照像，觀察到人體各部位的斷層圖像；在工廠中，技術人員可以利用電視圖像管理生產(chǎn)，綜上所述，可見圖像信息很重要。 平滑濾波、銳化濾波…………………………………… 32167?！? 14