【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、模型預(yù)測(cè)、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP 的應(yīng)用與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地 [12]。 （6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的 MATLAB 程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 MATLAB 運(yùn)行的 C 和 C++代碼。另外，MATLAB 網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許使用自己的 MATLAB 數(shù)學(xué)和圖形程序 [6]。MATLAB 的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定6制的，主要包括信號(hào)處理、神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯系統(tǒng)、小波分析和系統(tǒng)仿真等許多方面的應(yīng)用 [13]。 （7）應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)在開(kāi)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(jiàn)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。7 3 課程演示系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次畢業(yè)論文利用 MATLAB R2022a 的 GUIDE 工具箱設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字圖像處理課程演示系統(tǒng)的圖形用戶界面，.系統(tǒng)共有四個(gè) GUI 界面構(gòu)成：用戶登錄界面、系統(tǒng)主界面及兩個(gè)子模塊界面。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。通過(guò)單擊系統(tǒng)主界面上子模塊相應(yīng)的按鈕可以選擇進(jìn)入性進(jìn)入兩個(gè)子模塊界面。在對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的各界面開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要對(duì) MATLAB 的圖形用戶界面的功能有充分的理解，包括靜態(tài)文本的輸入、數(shù)據(jù)的讀入、按扭的響應(yīng)、坐標(biāo)軸的鏈接等。 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。界面設(shè)計(jì)完成后，只是一些靜態(tài)的畫面而已，沒(méi)有什么內(nèi)涵，還不能用于實(shí)驗(yàn)操作，要想達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模仨毥柚诤瘮?shù)調(diào)用。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]。要將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中的內(nèi)容在用戶界面里展現(xiàn)出來(lái)，必須有參數(shù)輸入、結(jié)果輸出、圖形仿真輸出等，且這些都能進(jìn)行對(duì)比分析,因此要求有個(gè)友好、操作容易、簡(jiǎn)單、可讀性強(qiáng)、易修改的圖形用戶界面,選擇 MATLAB 中具有可視化編程能力的圖形界面 GUI，將它提供的工具與編程結(jié)合起來(lái)，可以完成軟件界面的創(chuàng)建。各級(jí)界面主要利用向?qū)Ь庉嬈?GUIDE 中提供的控件，Property Inspector 修改控件屬性，如背景色、前景色、字體大小、位置、標(biāo)志、類型、按鍵的顏色等。通過(guò)圖形界面中的控件操作來(lái)完成圖形界面的具體操作功能，這些操作是通過(guò)函數(shù)，把函數(shù)代碼放在一個(gè)自定義的 M 文件中，而在“callback”中只寫上其文件名。當(dāng)操作該控件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行“callback ”中所要求執(zhí)行的內(nèi)容，子菜單界面所保存的文件名與主界面的菜單名關(guān)聯(lián)起來(lái),完成相應(yīng)的功能,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件設(shè)計(jì)。其具體的設(shè)計(jì)思路如下：（1）應(yīng)用 MATLAB 圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境 GUIDE 提供的一些創(chuàng)建用戶圖形界面工具，設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的用戶登錄界面、系統(tǒng)主界面和兩個(gè)個(gè)子界面。（2）分別編寫各個(gè)子界面的各個(gè)控件對(duì)象的回調(diào)函數(shù)下的一系列程序，從而實(shí)現(xiàn)控件相應(yīng)的控制功能，達(dá)到通過(guò)界面上各個(gè)控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入，并且可以直觀8地對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。（3）編寫用戶界面、系統(tǒng)主界面回調(diào)函數(shù)下的程序。 GUIDE 的設(shè)計(jì)過(guò)程MATLAB 有兩種 GUI 用戶界面控件的創(chuàng)建方式，基于命令行的編程方式制作和基于 MATLAB 提供的圖形用戶界面開(kāi)發(fā)環(huán)境 GUIDE 中的圖形用戶界面開(kāi)發(fā)工具的 GUI創(chuàng)建方式制作。這里主要介紹基于 GUIDE 的創(chuàng)建方式的方法 12]。圖 GUI 啟動(dòng)界面新建并且保存后，會(huì)生成相應(yīng)的 m 文件，新建一個(gè)布局，可以在新窗口中添加如下控件： 9圖 GUI 設(shè)計(jì)界面每種控件都有一些可以設(shè)置的參數(shù)，用于表現(xiàn)控件的外形、功能及效果，既屬性 [10]。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(kāi)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(kāi)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)：?jiǎn)蝹€(gè)的復(fù)選框用來(lái)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)：?jiǎn)蝹€(gè)的單選框用來(lái)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(shuō)明文字；文本編輯器(Editable Texts)：用來(lái)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。滾動(dòng)條(Slider)： 可輸入指定范圍的數(shù)量值；控件邊框(Frames)：在圖形窗口圈出一塊區(qū)域；列表框(List Boxes)：在其中定義一系列可供選擇的字符串；彈出式菜單(Popup Menus)：讓用戶從一列菜單項(xiàng)中選擇一項(xiàng)作為參數(shù)輸入；其具體常規(guī)屬性：10（1）控件外觀風(fēng)格：CD ata：在控件上顯示的真彩色圖像；Background Color：設(shè)置控件的背景顏色；Foreground Color：文本顏色 ；String 屬性：控件的文本；Visible 屬性：控件是否可見(jiàn)。（2）對(duì)象的常規(guī)信息：Enable 屬性： 表示此控件的使能狀態(tài)，設(shè)置為為“off”時(shí)則表示不可，而“on”表示可選；Units：設(shè)置控件的位置及大小的單位；Style：控件對(duì)象類型；Position：控件對(duì)象的位置和尺寸 ； Tag：控件表示（用戶可以自己定義） ；Tool tip String 屬性：提示信息顯示。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。（3）.控件回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行：Button Down F：按鈕按下時(shí)的處理函數(shù)；Busy Action：處理回調(diào)函數(shù)的中斷。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。該屬性值應(yīng)該為一個(gè)可以直接求值的字符串，在該對(duì)象被選中和改變時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)地對(duì)字符串進(jìn)行求值；Delete F：刪除對(duì)象過(guò)程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)； Create F：在對(duì)象產(chǎn)生過(guò)程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)；Interruptible 指定當(dāng)前的回調(diào)函數(shù)在執(zhí)行時(shí)是否允許中斷，去執(zhí)行其他的函數(shù)。除了上述布局編輯器(Layout Editor) GUI 工具外 [11]，可以使用如下工具：11圖 屬性編輯器屬性編輯器(Property Inspector)：在屬性編輯器中提供了所有可設(shè)置的屬性列表并顯示出當(dāng)前的屬性，用戶自己可根據(jù)自己的需要設(shè)置控件屬性 [13]。（1）打開(kāi)屬性編輯器(Opening Property Inspector)：三種方法：1. 從 View 菜單中選擇 Property Inspector 菜單項(xiàng)；2. 用工具欄上的圖標(biāo)打開(kāi)；3. 在按鼠標(biāo)右鍵彈出的Property Inspector 菜單中選擇菜單項(xiàng)。（2）使用屬性編輯器(Using Property Inspector)：屬性編輯器中包含了控件的基本屬性，都可以在編輯器中填寫或更改屬性值，通常情況下許多屬性可采用默認(rèn)值，只對(duì)與制作目的相關(guān)的屬性進(jìn)行編輯。12圖 對(duì)象瀏覽器對(duì)象瀏覽器(Object Browsers)：用于瀏覽當(dāng)前程序所使用的全部有用對(duì)象信息，可以在對(duì)象瀏覽器中選種一個(gè)或多個(gè)控件來(lái)打開(kāi)該控件的屬性編輯器。 圖 菜單編輯器菜單編輯器(Menu Editor)： 主要包括菜單的設(shè)計(jì)和編輯,菜單編輯器有八個(gè)快捷鍵,可以利用它們?nèi)我鈩h除或添加菜單,可以設(shè)置菜單項(xiàng)的具體屬性,包括名稱(Label)、標(biāo)識(shí)13(Tag)、選擇是否顯示分隔線(Separator above this item)、是否在菜單前加上選中標(biāo)記(Item is checked)、調(diào)用函數(shù)(Callback)。圖 幾何排列工具幾何排列工具(Alignment Tool)：可以通過(guò)選擇工具欄中的排列工具圖標(biāo)打開(kāi)排列工具窗口，用于調(diào)節(jié)各控件對(duì)象的水平、垂直位置和相互之間相對(duì)關(guān)系 [14]。 14 4 課程演示系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容 圖像的增強(qiáng)概述圖像是當(dāng)光輻射能量照在客觀存在的物體上，經(jīng)其反射或透射得到反射光能量或透射光能量，或由發(fā)光物體本身發(fā)出的光能量。人類用眼睛感受外界的光能量，經(jīng)過(guò)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(jué)信息，這是最原始的圖像。同理，由人類設(shè)計(jì)制造的成像裝置感受外界的光能量形成的結(jié)果也是圖像，例如相機(jī)拍攝的底片和照片，電影攝影機(jī)拍攝的電影片段，電視攝影機(jī)拍攝的電視節(jié)目片段等都屬于圖像的范疇。自然圖像是連續(xù)的，或者說(shuō)，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。什么是數(shù)字圖像？數(shù)字圖像是由模擬圖像數(shù)字化或者離散化得到的。組成數(shù)字圖像的基本單位是像素，也就是說(shuō)，數(shù)字圖像是像素的集合。常見(jiàn)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。數(shù)字圖像像素具有整數(shù)坐標(biāo)和整數(shù)灰度值。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(jué)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。因此，改善圖像的質(zhì)量是圖像增強(qiáng)的根本目的。在圖像的獲取和傳輸過(guò)程中，由于成像系統(tǒng)和傳輸介質(zhì)等方面的原因，將不可避免地造成圖像質(zhì)量的下滑（退化） 。圖像的復(fù)原就是根據(jù)實(shí)現(xiàn)建立起來(lái)的系統(tǒng)退化模型，將降質(zhì)了的圖像以最大的保真度恢復(fù)成真實(shí)的景象。圖像增強(qiáng)的實(shí)例如下圖所示： 圖 對(duì)比度增強(qiáng)實(shí)例15圖像增強(qiáng)的體系結(jié)構(gòu)：在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論采用何種輸入裝置采集圖像，由于噪聲，光照等原因，圖像的質(zhì)量往往不能令人滿意。例如，檢測(cè)對(duì)象物的邊緣過(guò)于模糊；在比較滿意的一副圖像上發(fā)現(xiàn)多了一些不知道其來(lái)源的黑點(diǎn)或者白點(diǎn)；圖像的失真，變形等。所以，圖像增強(qiáng)處理的任務(wù)是突出預(yù)處理圖像中的“有用”信息，按需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q，擴(kuò)大圖像中不同物體之間的差別，如邊緣，輪廓，對(duì)比度等進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和銳化，去除或者消弱無(wú)用的信息以便于顯示，觀察或者進(jìn)一步分析與處理。 圖像增強(qiáng)的基本原理和方法圖像增強(qiáng)與感興趣物體的特性，觀察者的習(xí)慣和處理目的相關(guān)，因此，圖像增強(qiáng)算法應(yīng)用是有針對(duì)性的，并不存在通用的增強(qiáng)算法。近十多年年來(lái)，圖像處理工作者提出來(lái)不少頗有成效的增強(qiáng)算法，其中相當(dāng)一部分已付諸實(shí)用。但是，目前的增強(qiáng)技術(shù)大多屬于試探式和面向問(wèn)題的。由于評(píng)價(jià)圖像的優(yōu)劣憑觀察者的主觀而定，沒(méi)有衡量圖像增強(qiáng)質(zhì)量的通用指標(biāo)和通用的定量判據(jù)，因此圖像增強(qiáng)方法目前尚無(wú)統(tǒng)一的權(quán)威性定義。在實(shí)用中，針對(duì)某個(gè)應(yīng)用場(chǎng)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(jué)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。圖像增強(qiáng)處理方法根據(jù)圖像增強(qiáng)處理所在的空間不同，可分為基于空間域的增強(qiáng)方法和基于頻率域的增強(qiáng)方法兩類。空間域（Spatial Domain）處理方法是在圖像像素組成的二維空間里直接對(duì)每一像素的灰度值進(jìn)行處理，它可以是一副圖像內(nèi)像素點(diǎn)之間的運(yùn)算處理，也可是數(shù)副圖像間的相應(yīng)像素點(diǎn)之間的運(yùn)算處理。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。其特點(diǎn)是先將圖像進(jìn)行變換，在空間域?qū)D像進(jìn)行傅里葉變換到頻率域，然后在頻率域內(nèi)對(duì)圖像進(jìn)行低通或高通頻率域?yàn)V波處理。處理完之后，再將其反變換到空間域。以下是頻率域變換處理的流程框圖 ),(yxf 傅里葉變換)],[(yxF 線性濾波器),(??H)],([1??GF? 傅里葉逆變換),(yxg圖 圖像的空間域與頻率域變換處理流程框圖其中低通濾波用于濾除噪聲，高通濾波用于增強(qiáng)邊緣和輪廓信息。圖像增強(qiáng)技術(shù)按所處理的對(duì)象不同還可以分為灰度圖像增強(qiáng)和彩色圖像增強(qiáng)；按增強(qiáng)的目的還可以分為光譜信息增強(qiáng)，空間紋理信息增強(qiáng)和時(shí)間信息增強(qiáng)。圖像增強(qiáng)技術(shù)包括：擴(kuò)展對(duì)比度，增強(qiáng)圖像中對(duì)象的邊緣，消除或者抑制噪聲或保留圖像中感興趣的某些特性而抑制另一些特性