【正文】 面來分析和考慮問題,可以使許多圖像處理過程更加簡單。(1) 等比例融合：將每一層處理處理的結(jié)果給予相同的系數(shù)進(jìn)行融合，其中 Pj 為第 j 層 POSHE 處理后的結(jié)果， n 為處理的層數(shù)，P 0 為處理??njP10)/(后的圖像。由于普通圖像傳感器對(duì)小范圍內(nèi)微小天氣變化并不敏感，因此只要估計(jì)出景深度 d 的變化趨勢，就能有效消除天氣的退化影響，但消失點(diǎn)的近似位置須通過人眼主觀判定。2 客觀評(píng)價(jià)方法: 采用算法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。 總 結(jié) 本文基于用 MATLAB GUI 來設(shè)計(jì)數(shù)字圖像處理課程演示系統(tǒng)這樣一種思路，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)、同學(xué)的幫助、自身的努力下，論文基本上圓滿完成了如下工作：（1）對(duì) MATLAB 有了比較熟悉的操作和編程。圖像質(zhì)量直接取決于成像裝備的光學(xué)性能、圖像對(duì)比度、儀器噪聲等多種因素的影響，通過質(zhì)量評(píng)價(jià)可以對(duì)影像的獲取、處理等各環(huán)節(jié)提供監(jiān)控手段。在霧天圖像的灰度直方圖中，灰度值較大的地方均有一個(gè)比較陡峭的峰。POSHE 算法處理后的圖像會(huì)出現(xiàn)塊效應(yīng)和過增強(qiáng)現(xiàn)象，增強(qiáng)效果與塊大小，塊效應(yīng)程度和步長大小有關(guān)。(3)整幅圖像的大致平均亮度。二維傅里葉變換：正變換： ()dxyxjyxfF )](2ep[),(),( ????? ???????反變換： ()??jFyxf )]([),(),( ????傅里葉變換的相角，傅里葉譜值，以其功率譜密度由下式給出： ())],(/),(tan[),( ?????RIrc? ()2122 )],(),([),(??IvuF? ()),(),(),(),(22????RIE??二維傅里葉變換的實(shí)例 圖 二維傅里葉變換實(shí)例采用頻率域法對(duì)一個(gè)圖像進(jìn)行處理的實(shí)例，18 圖 出現(xiàn)虛構(gòu)輪廓的圖 圖 理想低通濾波器平滑 圖 巴特沃斯濾波器平滑 空間域處理簡介 空間域圖像處理的數(shù)學(xué)模型可由以下式子給出 ()),(),(yxfTyxg?此時(shí) T 是一個(gè)算子，它代表一種數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)則，T 最簡單的規(guī)則是對(duì)單個(gè)像素進(jìn)行處理，此時(shí)的 g(x,y)只依賴于 f 在（x,y）點(diǎn)的值，T 稱為灰度變換函數(shù)（也稱為強(qiáng)度映射） 。處理完之后，再將其反變換到空間域。圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理技術(shù)中最基本的內(nèi)容之一，是相對(duì)于圖像識(shí)別，圖像理解而言的一種前期處理，其主要目的是：運(yùn)用一系列技術(shù)手段改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；將圖像轉(zhuǎn)化成一種更適合人或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理的形式。有兩種選項(xiàng)即：queue：排隊(duì)（默認(rèn)設(shè)置） ，Cancel：取消中斷事件；Call Back：是連接程序界面程序系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性功能的紐帶。在設(shè)計(jì)中，各個(gè)回調(diào)函數(shù)的編寫順序則是采用自底向上的設(shè)計(jì)方法，即先編制各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面的回調(diào)函數(shù)下程序，再編寫主界面和引導(dǎo)界面的回調(diào)函數(shù)程序 [14]。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB 也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析 [5]。例如對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，模擬頻譜儀在頻率低端只能4分析到 10Hz 以上頻率．且難于做到高分辨率（足夠窄的帶寬） ，但在數(shù)字的譜分析中，已能做到 Hz 的譜分析。目前計(jì)算機(jī)正朝著巨型化和微型化的方向發(fā)展，介于二者之間的計(jì)算機(jī)工作站也日益推廣，這為完成各項(xiàng)圖像處理任務(wù)提供了有利條件。 課題研究的內(nèi)容與意義數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中是最重要的，實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解和掌握所學(xué)的理論，理論用來指導(dǎo)實(shí)踐才能體現(xiàn)理論的價(jià)值。近年來，圖像信息處理已經(jīng)得到了相當(dāng)程度的發(fā)展，但是隨著對(duì)圖像處理的要求不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，圖像的理論也必須提高，補(bǔ)充和發(fā)展。一方面，數(shù)字圖像處理已成為一個(gè)極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，在通信、語音、圖像、遙感、生物工程等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過 MATLAB 對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，建立衰減模型。采用 MATLAB GUI仿真平臺(tái)來驗(yàn)證數(shù)字圖像處理中的理論，一方面能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也能夠使理論更加容易被學(xué)生理解和接受。一個(gè)數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)包括：圖像輸入設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備，計(jì)算機(jī)，傳輸設(shè)備以及輸出設(shè)備等功能模塊。（4）容易大規(guī)模集成。GUIDE（Graphical User Interface Development Environment）是 MATLAB 中一個(gè)專門用于 GUI 程序設(shè)計(jì)的向?qū)гO(shè)計(jì)器，通過 GUIDE 可以很方便地設(shè)計(jì)出各種符合要求的圖形用戶界面，用戶可以根據(jù)提示完成新界面的制作，卻不必了解新界面內(nèi)部是如何工作的 [6]。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會(huì)大大減少。 （7）應(yīng)用軟件開發(fā)在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便的控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件的中斷等其他一些常見的功能；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel進(jìn)行連接。這里主要介紹基于 GUIDE 的創(chuàng)建方式的方法 12]。人類用眼睛感受外界的光能量，經(jīng)過視神經(jīng)，傳導(dǎo)神經(jīng)后在大腦中重現(xiàn)出的景物的視覺信息，這是最原始的圖像。但是，目前的增強(qiáng)技術(shù)大多屬于試探式和面向問題的。傅里葉變換：1822 年，法國工程師傅里葉指出，一個(gè)“任意”的周期函數(shù) F(t)都可以分解為無窮多個(gè)不同頻率正弦信號(hào)的和，這即是傅里葉級(jí)數(shù)。另一方面,大自然中的非成像光線被散射進(jìn)入成像系統(tǒng)參與成像,致圖像的飽和度降低,分辨率會(huì)下降。限制對(duì)比度的多層 POSHE 自適應(yīng)圖像增強(qiáng)算法： 基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法有其簡單快速的特點(diǎn)倍受圖像處理的工程師的青睞，全局直方圖均衡是根據(jù)圖像直方圖計(jì)算出灰度變換函數(shù)，對(duì)整幅圖像的每一個(gè)像素作單一映射，并沒有考慮圖像局部信息，容易造成高頻有用信息丟失。改進(jìn)算法基于二色大氣散射模型，通過對(duì)天空區(qū)域的自動(dòng)劃分以及從信息論角度求得最小失真意義下原始圖像的最優(yōu)估計(jì)，從而一次性自動(dòng)獲取所需復(fù)原參數(shù)，實(shí)現(xiàn)單幅霧天降質(zhì)圖像復(fù)原。降低 Retinex 輸出平滑區(qū)域和高對(duì)比度邊緣的增益，提高其細(xì)節(jié)增益，并且小尺度 Retinex 輸出不同區(qū)域增益差大，而大尺度 Retinex 輸出不同區(qū)域增益差小，從而使圖像細(xì)節(jié)更清晰，同時(shí)場景輪廓和顏色呈現(xiàn)更自然?？陀^評(píng)價(jià)方法方便、快捷, 容易實(shí)現(xiàn)并能結(jié)合到應(yīng)用系統(tǒng)中,但它和人的主觀感受有出入。37第一幅圖片的分析 對(duì)比度 信噪比原始圖片 線性化處理 非線性化處理 改進(jìn)型算法處理 由上圖表格的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過處理后的圖片在對(duì)比和信噪比的性能上都有好轉(zhuǎn)，其中非線性化處理的效果比線性化處理的效果好一些，改進(jìn)型算法處理的性能是最優(yōu)異的。經(jīng)典 MSR 算法在處理圖像時(shí)，雖然通過結(jié)合多個(gè)高斯環(huán)繞尺度提取反射分量來減弱高對(duì)比度邊緣的暈環(huán)效應(yīng)，但對(duì) Retinex 輸出的所有像素采用常數(shù)增益，導(dǎo)致圖像平滑區(qū)域和高對(duì)比度邊緣過增強(qiáng)，即在平滑區(qū)域噪聲明顯放大，高對(duì)比度邊緣出現(xiàn)暈環(huán)。其特點(diǎn)是需要已知場景深度或大氣條件等先驗(yàn)信息作為復(fù)原的前提。 利用移動(dòng)模板對(duì)各局部區(qū)域作 POSHE 處理，一定程度增強(qiáng)圖像對(duì)比度，但沒有解決 POSHE 算法存在的塊效應(yīng)和過增強(qiáng)問題。再次,霧濃度較大時(shí),成像光線可能在發(fā)生單次散射作用后,又被其他的粒子散射,而發(fā)生多散射現(xiàn)象,也會(huì)導(dǎo)致圖像的模糊這些作用共同導(dǎo)致了圖像質(zhì)量的下降,造成圖像中有效信息不充分，邊緣輪廓出現(xiàn)了嚴(yán)重的模糊現(xiàn)象(2)圖像本身具有模糊性 圖像本質(zhì)上具有模糊性,有三個(gè)方面的原因：一方面圖像從三維空間到二維平面的映射投影過程中,丟失了大量的有用信息。傅里葉變換實(shí)際上是將信號(hào) F(t)與一組不同頻率的復(fù)正弦作內(nèi)積，這一組復(fù)正弦是變換的基向量，傅里葉系數(shù)或傅里葉變換時(shí) F(t)在這一組基向量上的投影。在實(shí)用中，針對(duì)某個(gè)應(yīng)用場合的具體圖像，可同時(shí)選擇幾種設(shè)當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)算法進(jìn)行試驗(yàn)，從中選擇出視覺效果比較好，計(jì)算復(fù)雜性相對(duì)小，又合乎應(yīng)用要求的一種算法。自然圖像是連續(xù)的，或者說，在采用數(shù)字化表示和數(shù)字計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)處理之前，圖像是連續(xù)的，這時(shí)的圖像稱為模擬圖像或者連續(xù)圖像。屬性由兩部分組成：屬性名和屬性值，它們必須是成對(duì)出現(xiàn)的：按鈕(Push Buttons)：執(zhí)行某種預(yù)定的單功能或操作；雙位開關(guān)按鈕(Toggle Button)：產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作并指示一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)（開或關(guān)） ，當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊它時(shí)按鈕將下陷，并執(zhí)行 callback（回調(diào)函數(shù)）中指定的內(nèi)容，再次點(diǎn)擊，按鈕復(fù)原，并再次執(zhí)行 callback 中的內(nèi)容； 復(fù)選框(Check Boxes)：單個(gè)的復(fù)選框用來在兩種狀態(tài)之間切換，多個(gè)復(fù)選框組成一個(gè)復(fù)選框組時(shí)，可使用戶在一組狀態(tài)中作組合式的選擇，或稱為多選項(xiàng)；單選框(Radio Button)：單個(gè)的單選框用來切換，多個(gè)單選框組成一個(gè)單選框組時(shí)，用戶只能在一組狀態(tài)中選擇單一的狀態(tài)，或稱為單選項(xiàng)；靜態(tài)文本框(Static Texts) ：用于顯示說明文字；文本編輯器(Editable Texts)：用來使用鍵盤輸入字符串的值，可以對(duì)編輯框中的內(nèi)容進(jìn)行編輯、刪除和替換等操作；坐標(biāo)軸(Axes)：用于顯示圖形和圖像。啟動(dòng) MATLAB 后在程序所在文件夾下新建一個(gè) GUI，點(diǎn)擊OK 就可以進(jìn)入系統(tǒng)主界面。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等 [7]。MATLAB 有以下特點(diǎn)：（1）良好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 MATLAB 由一系列工具組成。尤其是對(duì)于低頻信號(hào)，例如地震波分析，需要過濾幾赫茲到幾十赫茲信號(hào)，用模擬網(wǎng)絡(luò)處理時(shí)，電感器、電容器的數(shù)值、體積和重量都非常大，性能亦不能達(dá)到要求、而數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)在這個(gè)頻率處卻非常優(yōu)越。輸出設(shè)備包括打印機(jī)，繪圖儀，顯示器等。 課題研究現(xiàn)狀及水平隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,多媒體的教學(xué)引入課堂，它所承載信息的種類和能力都比傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備超出很多，讓課堂的氛圍變得活躍，學(xué)生也容易理解上課老師講的內(nèi)容。并對(duì)這三種方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較分析。一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，一年中大霧天氣所占的比例在逐年上升，而有霧天氣會(huì)給人類的生產(chǎn)生活帶來極大的不便。但是隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)信息交流的要求越來越高。國外在幾年前，就開始把交互式軟件 MATLAB 用于數(shù)字圖像處理的教學(xué)，采用易學(xué)易用、功能強(qiáng)大的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)作為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件。從馮諾依曼開始，引發(fā)了一系列的技術(shù)進(jìn)步，是的計(jì)算機(jī)以強(qiáng)大的功能應(yīng)用與數(shù)字圖像處理領(lǐng)域。處理器運(yùn)算速度越高，能處理的信道數(shù)目也就越多。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，操作更簡單，人機(jī)交互性更強(qiáng)。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，界面布局設(shè)計(jì)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，即先設(shè)計(jì)引導(dǎo)界面和主界面，再設(shè)計(jì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面。User Data：用戶指定的數(shù)據(jù)；字體的其他屬性，如 Font Name，F(xiàn)ont Angle 等等。常見的二維靜止黑白圖像是以像素為元素的矩陣，每個(gè)像素上的值代表圖像在該位置的亮度值，稱為圖像的灰度值。頻率域（Frequency Domain）處理方法是在圖像的變換域?qū)D像進(jìn)行間接處理。一維傅里葉變換：設(shè) F(t)是一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)，若 F(t)屬于時(shí)域空間，即 ()????tdF(t)2那么，F(xiàn)(t)的傅里葉變換存在，并定義為 () dteutfuj??????2)()(其反變換為 ()???eFtf tj????2)()(17此外，函數(shù) F(t)還必須滿足狄利克雷條件，即只有有限個(gè)間斷點(diǎn)，有限個(gè)極值點(diǎn)和絕對(duì)可積，并且 F(u)也應(yīng)是可積的。 霧天降質(zhì)圖像的時(shí)域特性 在數(shù)字圖像處理過程中,用于描述圖像像素灰度分布統(tǒng)計(jì)情況的灰度直方圖是一個(gè)非常有效的分析工具,它可以提供圖像的下列信息:(l)每個(gè)灰度像素?cái)?shù)出現(xiàn)的頻數(shù)。 ek為子塊 x 的直方圖變換函數(shù)，x = 1，x = 2，x = 3 和 x = 4。 天空區(qū)域劃分及輻射強(qiáng)度的確定：得到大氣光的平均亮度，劃分圖像中的天空區(qū)域。應(yīng)用本文算法處理霧天退化圖像，仿真結(jié)果表明，算法有效地去除了霧的退化作用，提高了對(duì)比度和清晰度，實(shí)現(xiàn)了顏色恢復(fù)。第四幅圖片的分析 對(duì)比度 信噪比原始圖片 線性化處理 非線性化處理