【正文】 值。 MATLAB支持的圖像類型及其轉(zhuǎn)換分析 MATLAB中的一幅圖像可能包含一個數(shù)據(jù)矩陣，也可能包含一個顏色映射表矩陣，它包含4種基本的圖像類型：索引圖像、灰度圖像、RGB圖像和二值圖像。由于對圖像采用了通用的數(shù)據(jù)矩陣的表達(dá)方式，MATLAB中原有的所有基本矩陣操作都可應(yīng)用于圖像矩陣，例如，我們要查看圖像I中某像素點的強度值，可以采用類似的表達(dá)方式：I(x,y),它代表了圖像I的第x行和第y列的像素值。 （2）MATLAB程序不能脫離其環(huán)境運行，因此它不能被用于開發(fā)商用軟件。MATLAB支持用戶對其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的應(yīng)用程序可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中。167。5． 其他應(yīng)用圖像的遠(yuǎn)距離通信；多媒體計算機系統(tǒng)及應(yīng)用；電視電話；服裝試穿顯示；理發(fā)發(fā)型預(yù)測顯示；電視會議；辦公自動化、現(xiàn)場視頻管理等。隨著計算機的高速化和大容量化，圖像信息的處理已成為可能。當(dāng)今，模式識別方法大致3種，即統(tǒng)計識別法、句法結(jié)構(gòu)模式識別法和模糊識別法。7．圖像重建 幾何處理、圖像增強、圖像復(fù)原都是從圖像到圖像的處理，即輸入的原始數(shù)據(jù)是圖像，處理后輸出的也是圖像，而重建處理則是從數(shù)據(jù)到圖像的處理，也就是說輸入的是某種數(shù)據(jù)，而處理結(jié)果得到的是圖像。典型的去噪操作就屬于復(fù)原處理。167。圖像一般是二維信息，而信息量要大很多的三維圖像則將隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)及計算機圖形學(xué)的發(fā)展將得到越來越廣泛的應(yīng)用；⑤標(biāo)準(zhǔn)化。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實現(xiàn)的，只要在處理時改變程序中的數(shù)組參數(shù)就可以了。數(shù)字圖像處理技術(shù)主要包括如下內(nèi)容：幾何處理(Geometrical Processing)、算術(shù)處理(Arithmetic processing)、圖像增強(Image Enhancement)、圖像復(fù)原(Image Restoration)、圖像重建(Image Reconstruction)、圖像編碼(Image Encoding)、圖像識別(Image Recognition)、圖像理解(Image Understanding)。2．分析MATLAB軟件及其在圖像處理與分析中的作用。最上的階層為CVIPtools GUI，可以讓生手實驗一些圖像處理的工具，而不需具備程序設(shè)計的能力。該系統(tǒng)的特點是實現(xiàn)對圖像信號的實時分析，圖像數(shù)據(jù)相對DSP獨立方便開發(fā)人員對圖像進(jìn)行處理，該產(chǎn)品融合DSP和FPGA/CPLD兩個高端技術(shù)，可以根據(jù)用戶的具體需求合理改動，可以分析黑白和彩色信號，可以完成圖形顯示功能。因此，只有結(jié)合書本理論知識，并配以相應(yīng)的實驗操作環(huán)節(jié)，才能在較短的時間內(nèi)對圖像處理技術(shù)的知識有更系統(tǒng)的、感性的理解和學(xué)習(xí)。在近代科學(xué)研究、軍事技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、生物、氣象及天文學(xué)等領(lǐng)域中，人們越來越多地利用圖像來認(rèn)識和判斷事物，解決實際問題。 灰度變換和直方圖調(diào)整……………………………………… 27167?！? 13167?！? 4167。 基于MATLAB的圖像處理工具箱實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，系統(tǒng)界面友好，交互性強，若再結(jié)合相應(yīng)的圖像處理方面的書籍，初學(xué)者便能在較短的時間內(nèi)系統(tǒng)的、感性的理解和學(xué)習(xí)圖像處理的知識。近來，圖像處理與分析在不可控環(huán)境下的應(yīng)用更是逐漸凸顯，例如火車站的人臉識別，公路上的車號識別與提取等，都是通過對圖像進(jìn)行處理和分析，得到想要的信息?！? 1167。 MATLAB圖像處理工具箱簡介………………………………………… 10167?！? 20第四章 圖像處理系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計……………………………………………… 22167。…………………………………………………………………… 47167。MATLAB軟件自從20世紀(jì)80年代中期推出以來，經(jīng)過多年的逐步發(fā)展與不斷完善，現(xiàn)已成為國際公認(rèn)的、最優(yōu)秀的科學(xué)計算與數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一，是近幾年來在國內(nèi)外廣泛流行的一種可視化科學(xué)計算軟件。可以觀察理解多種圖像處理技術(shù)的效果和差別，其中包括圖像的灰度直方圖及其變換、銳化、平滑、濾波、偽彩、輪廓提取與增強、圖像格式轉(zhuǎn)換及其文件結(jié)構(gòu)。 CVIPtools計算機視覺與圖像處理實驗軟件，主要用于計算機數(shù)字圖像分析和處理，主要宗旨是讓圖像處理的初學(xué)者、學(xué)生、老師和其它研究人員探索計算機數(shù)字圖像處理的巨大力量。167。5．通過圖像處理與分析系統(tǒng)的各個模塊，對一個簡單的實例進(jìn)行分析，來說明在不可控環(huán)境下圖像處理和分析的應(yīng)用。只要圖像在數(shù)字化時準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的真實再現(xiàn)。（5）信息壓縮的潛力大 數(shù)字圖像中各個像素是不獨立的，其相關(guān)性大。而語音帶寬僅為4kHz左右。主要是提高顯示分辨率和采集分辨率，其最大的困難是圖形圖像的刷新存取速度與顯像管的制造；②提高硬件的速度。（3）硬件芯片的研究，把圖像處理的許多功能固化在一塊芯片上，使之應(yīng)用更方便。4．圖像增強 圖像增強處理主要是突出圖像中感興趣的信息，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用的信息得到加強，便于區(qū)分或解釋。6．圖像分割 圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識別、分析和理解的基礎(chǔ)。8．圖像編碼 圖像編碼研究屬于信息論中信源編碼范疇，其主要宗旨是利用圖像信號的統(tǒng)計特性及人類視覺的生理學(xué)及心理學(xué)特性對圖像信號進(jìn)行高效編碼，即研究數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。167。2． 遙感航天中的應(yīng)用軍事偵察、定位、導(dǎo)航、指揮等應(yīng)用；多光譜衛(wèi)星圖像分析；地形、地圖、國土普查；地質(zhì)、礦藏勘探；天文、太空星體的探測及分析等。同時，工具箱內(nèi)的函數(shù)源程序也是開放性的，多為M文件，用戶可以查看這些文件的代碼并進(jìn)行更改，MATLAB支持用戶對其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的應(yīng)用程序也可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中。（2）功能強大，可擴展性強 MATLAB語言不但提供了科學(xué)計算、數(shù)據(jù)分析與可視化、系統(tǒng)仿真等強大的功能，而且具有可擴展性特征。正是MATLAB語言的這些優(yōu)勢，我們選擇采用這種語言實現(xiàn)圖像處理算法，利用MATLAB強大的工具包，使算法易于實現(xiàn)。例如，由200行和300列的不同顏色點組成的一幅圖像在MATLAB中采用200300的矩陣存儲。 利用這些圖像處理工具箱,并結(jié)合其強大的數(shù)據(jù)處理能力,我們可不必關(guān)心圖像文件的格式、讀寫、顯示等細(xì)節(jié),而把精力集中在算法研究上,大大提高了工作效率。在MATLAB中，索引圖像是從像素值到顏色映射表值的直接映射。3．二值圖像 與灰度圖像相同，二值圖像只需要一個數(shù)據(jù)矩陣，每個像素只取兩個灰度值。5．圖像序列 MATLAB的圖像處理工具箱中還支持將多幀圖像連接成圖像序列。根據(jù)它提供的500多個數(shù)學(xué)和工程函數(shù)，工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者可以在它的集成環(huán)境中交互或編程以完成各自的計算。當(dāng)然MATLAB編程一直以來也有其不足的地方，其邊解釋邊執(zhí)行，運算效率較低，實現(xiàn)相同功能的代碼跟其他編程平臺相比運行時間相對較長，且不適合作為通用的編程平臺。通過圖形用戶界面(GUI)設(shè)計系統(tǒng)，設(shè)計友好的圖形用戶界面，可以用戶更好的觀察處理結(jié)果，更好的理解算法。 按照以上步驟，首先利用MATLAB圖形用戶界面(GUI)設(shè)計系統(tǒng)的靜態(tài)界面。例如可以利用get函數(shù)配合使用上面的幾個函數(shù)就可以獲得所要操作對象的數(shù)字標(biāo)識。（2）可移植性、可擴展性強與Photoshop等商用軟件對比，不同于它們對圖像處理基本知識的要求低，可移植性和可擴展性差的特點，本文設(shè)計的系統(tǒng)包括圖像處理技術(shù)在不可控環(huán)境下應(yīng)用的大部分內(nèi)容。我們將按照數(shù)字圖像處理技術(shù)涉及的各個方法來設(shè)計系統(tǒng)的整體框架，整個系統(tǒng)主要由如下10個模塊及其子模塊組成，其中子模塊又可以再分下去，為了使框架圖清晰明了，這里的子模塊再分就不在這里描述了，在具體的設(shè)計中會有詳細(xì)的描述?，F(xiàn)在，圖形界面已在人機交互方式中占主導(dǎo)地位，這主要是由十它給用戶帶來了操作和控制的方便與靈活性。為了使菜單項簡潔，在一個窗口中只列出了同一大類包括的各個算法的菜單條。第四章系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計 系統(tǒng)的程序設(shè)計采用MATLAB編程語言來實現(xiàn)。 3．命令按鈕是執(zhí)行運算操作的最主要控件，處理程序主要是放在其相應(yīng)的M函數(shù)內(nèi)部。（1）啟動GUI的方法啟動圖形用戶界面的方法有很多種，例如可以利用工具欄上的命令按鈕，也可以采用菜單和命令的方式?？梢允褂?New Menu工tem工具來添加菜單項，每一個菜單項也可以有級聯(lián)的子菜單項。167。2．分段線性變換為了突出感興趣目標(biāo)所在的灰度區(qū)間，相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)間，可采用分段線性變換。通過修改直方圖的方法增強圖像是一種實用而有效的處理技術(shù)。（3）計算原始圖像直方圖，n為原始圖像總的像素數(shù)目；（4）計算累積分布函數(shù)。設(shè)有一幅NN的圖像f(x,y)，若平滑圖像為g(x,y),則有式中x,y=0,1,…,N1；s為（x,y）鄰域內(nèi)像素坐標(biāo)的集合；M表示集合s內(nèi)像素的總數(shù)。一般來說，二維中值濾波器比一維濾波器更能抑制噪聲。第二種輸出形式式中T是一個非負(fù)的閾值。兩個卷積的最大值作為該點的輸出值，運算結(jié)果是一幅邊緣幅度圖像。它的傳遞函數(shù)為：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較用Butterworth濾波產(chǎn)生的大些，無明顯的振鈴效應(yīng)。理想高通有明顯振鈴現(xiàn)象，即圖像的邊緣有抖動現(xiàn)象；Butterworth高通濾波效果較好，但計算復(fù)雜，其優(yōu)點是有少量低頻通過，H(u，v)是漸變的，振鈴現(xiàn)象不明顯；指數(shù)高通效果比Butterworth差些，振鈴現(xiàn)象不明顯；梯形高通會產(chǎn)生微振鈴效果，但計算簡單，較常用。根據(jù)色度學(xué)原理，將原圖像的灰度范圍分段，經(jīng)過紅、綠、藍(lán)三種不同變換、和，變成三基色分量、然后用它們分別去控制彩色顯示器的紅、綠、藍(lán)電子槍，便可以在彩色顯示器的屏幕上合成一幅彩色圖像。)。I0=zeros(y,x)。 imhist(I1)。由此又可見系統(tǒng)的可擴展性。 4．設(shè)計友好的、易于操作的圖形用戶界面，方便用戶對結(jié)果的觀察以及對已有算法的比較研究和新算法的開發(fā)。 3．算法的進(jìn)一步優(yōu)化問題，近來圖像處理算法發(fā)展較為迅速，如何根據(jù)實際工作進(jìn)一步地研究更加優(yōu)化和高效率的算法，這些都是值得進(jìn)一步探討的問題。 在本論文的研究和撰寫過程中，得到了元丹等同學(xué)的大力幫助，在此，對他們表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)（References）[1] 盛利元，李宏言．．電氣 電子教學(xué)學(xué)報，2006，27 [S]：7582[2] 勒中鑫．?dāng)?shù)字圖像信息處理[M]．北京：國防工業(yè)出版，2003．207268[3] Rafael C’，Gonzalez，Richard E W． Digital Image Processing Using MATLAB[M]．北京：電子工業(yè)出版，2004[4] 李開友．基于MATLAB的工程運算可視化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D] ．昆明：昆明理工大學(xué)計算機系，2006[5] Gonzalez R C．Digital Image Processing Using MATLAB[M]．北京：電子工業(yè)出 版，2005[6] 河?xùn)|健，耿楠，張義寬．.數(shù)字圖像處理[M] ．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003， 314[7] Mallot A H．Computational Vision. 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Pattern Classification，2nd ed.，John Wileyamp。致 謝 在完成學(xué)業(yè)、研究生錄取和論文資料收集、算法分析、系統(tǒng)設(shè)計、論文撰寫的過程中，得到了許多老師、同學(xué)的熱心關(guān)懷、鼎力支持和無私幫助，在此一并致謝。167。 本文主要闡述了基于MATLAB的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)問題，為圖像處理的初學(xué)者和處理算法的研究人員提供一個算法演示及模擬開發(fā)的GUI平臺，供大家學(xué)習(xí)并研究圖像處理的技術(shù)方法。imhist(I2)。 d2(j,i)=sqrt((myI(j,i,1)200)^2+(myI(j,i,2)200)^2+(myI(j,i,3)200)^2)。I2=I(:,:,2)。 分割文字為了體現(xiàn)不可控環(huán)境下的圖像處理與分析技術(shù)的應(yīng)用和實踐過程。因此不能隨意地使用。它的傳遞函數(shù)為：它的性能介于理想低通濾波器和指數(shù)濾波器之間，濾波的圖像有一定的模糊和振鈴效應(yīng)。167。第四種輸出形式 此方法將背景用一個固定的灰度級LB來表現(xiàn)，便于研究邊緣灰度的變化。不同形狀的窗口產(chǎn)生不同的濾波效果，使用中必須根據(jù)圖像的內(nèi)容和不同的要求加以選擇。 2．中值濾波中值濾波是對一個滑動窗口內(nèi)的諸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原來灰度值，因此它是一種非線性