【文章內(nèi)容簡介】 (b)Sobel算子方向模板(2) 高斯拉普拉斯(LOG)算子 () 拉普拉斯算子由式子()定義，常用的三個拉普拉斯模板見上。其中，第一個模板在水平和垂直4個方向上具有各向同性，而第二個模板在水平、垂直和對角線8個方向上具有各向同性。然而，拉普拉斯算子一般不直接用于邊緣檢測，因為它作為一種二階微分算子對噪聲相當敏感，常產(chǎn)生雙邊緣，而且不能檢測邊緣方向。主要利用拉普拉斯算子的過零點性質(zhì)確定邊緣檢測的位置，以根據(jù)其值得正負來確定邊緣檢測位于邊緣的暗區(qū)還是明區(qū)。高斯拉普拉斯(LOG)算子把高斯平滑濾波器和拉普拉斯銳化濾波器結(jié)合起來實現(xiàn)邊緣檢測，即先通過高斯平滑抑制噪聲，以減輕噪聲對拉普拉斯算子的影響，再進行拉普拉斯運算，通過檢測其過零點來確定邊緣位置。因此，高斯拉普拉斯算子是一種性能較好的邊緣檢測器。二維高斯平滑函數(shù)表示如下： ()其中,是高斯分布的均方差，圖像被模糊的程度與其成正比。令，上式對r求二階導(dǎo)數(shù)來計算其拉普拉斯值，則有 () 上式是一個軸對稱函數(shù)，由于其曲面形狀（剖面圖）很像一頂墨西哥草帽，所以又叫墨西哥草帽函數(shù)。給定均方差后，對其離散化就可以得到相應(yīng)的LOG算子模板，5模板之一（模板并不唯一）。利用LOG算子檢測邊緣時，可直接用其模板與圖像卷積，也可以先與高斯函數(shù)卷積，再與拉普拉斯模板卷積，兩者是等價的。由于LOG算子模板一般比較大，因而用第二種方法可以提高速度。5模板(3)Canny邊緣檢測Canny邊緣檢測算子是一個非常普遍和有效地算子。Canny算子首先對灰度圖像用均方差為伽馬的高斯濾波器進行平滑，然后對平滑后圖像的每個像素計算梯度幅值和梯度方向。梯度方向用于細化邊緣，如果當前像素幅值不高于梯度方向上兩個鄰點的梯度幅值，則抑制該像素響應(yīng)，從而使得邊緣細化，這種方法稱之為非最大抑制。該方法也可以結(jié)合其他邊緣檢測算子來細化邊緣。為了便于處理，需要將梯度方向量化到8個鄰域方向上。Canny算子使用了兩個幅值閾值，高閾值用于檢測梯度幅值大的強邊緣，低閾值用于檢測梯度幅值較小的弱邊緣。低閾值通常取為高閾值的一半。邊緣細化后，就開始跟蹤具有高幅值的輪廓。最后，從滿足高閾值的邊緣像素開始，順序跟蹤連續(xù)的輪廓段，把與強邊緣連接的弱邊緣連接起來[5]。由于噪聲等因素的影響，各種算子的檢測結(jié)果通常是一些分散的邊緣，沒有形成分割區(qū)域所需要的閉合邊界。為此，需要將檢測出的邊緣像素按照某種標準連接起來，常用的一種方法是根據(jù)鄰近的邊緣像素在梯度幅值和梯度方向上具有一定相似性而將它們連接起來，設(shè)T是幅度閾值，A是角度閾值，若像素(p,q)在像素(x,y)的鄰域內(nèi)，且他們的梯度幅度和梯度方向分別滿足一下兩個條件： () ()式中：(x,y)點處的梯度方向定義見式子()。另外，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的一些操作也可以實現(xiàn)邊界連接。3 MATLAB仿真程序 閾值算法MATLAB仿真結(jié)果 閾值算法MATLAB仿真結(jié)果經(jīng)典的閾值分割算法(見附錄)： lenna閾值分割 blood閾值分割 couple閾值分割 rice閾值分割 cameraman閾值分割：圖像的直方圖清晰地反映了圖像的雙峰特性，、因此閾值法很難做大圖像分割，往往會帶來圖像失真。而其他的圖像由直方圖可以看出，有較好的雙峰性，再選擇適當?shù)腡值（閾值），分割圖像的效果將會達到很不錯的效果，為我們提供有價值的信息。 基于MATLAB的幾種常用邊緣檢測代碼(見附錄)： 邊緣檢測MATLAB仿真結(jié)果 不同微分算子的邊緣檢測效果(a)Sobel算子；(b)Canny方法 Sobel 算子和Canny方法邊緣檢測效果在邊緣檢測方面，一般通過數(shù)學(xué)變換和MATLAB函數(shù)來完成對圖像的邊緣檢測。其中梯度算子中Sobel算子要比另外2種算子邊緣檢測效果好。而edge函數(shù)提供的最有效的邊緣檢測方法是Canny方法。Canny方法比較不容易被噪聲“填充”，更容易檢查出真正的弱邊緣。4 MATLAB GUI設(shè)計 MATLAB簡介Matlab是美國的math works公司推出的一個科技應(yīng)用軟件，它是由Matrix(矩陣)和Laboratory(實驗室)的前三個字母組成。經(jīng)過十幾年的發(fā)展和完善，目前已成為在科學(xué)分析和計算領(lǐng)域的主流軟件。MATLAB中包括了被稱作工具箱（TOOLBOX）的各類應(yīng)用問題的求解工具。工具箱實際上是對MATLAB進行擴展應(yīng)用的一系列MATLAB函數(shù)（稱為M文件），它可用來求解各類學(xué)科的問題，包括信號處理、圖象處理、控制系統(tǒng)辨識、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。隨著MATLAB版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能也越來越豐富，因此，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類工程師不可不用的工具。MATLAB中包括了圖形界面編輯GUI，改變了以前單一的“在指令窗通過文本形的指令進行各種操作”的狀況。這可讓使用者也可以像VB、VC、VJ、DELPHI等那樣進行一般的可視化的程序編輯。它將數(shù)值分析，矩陣計算，科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究，工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值運算的眾多學(xué)科領(lǐng)域提供了一種簡潔高效的編程工具。借助于這種編程環(huán)境，任何復(fù)雜計算問題及其解的描述都十分符合人們的邏輯思維方式和數(shù)學(xué)表達習(xí)慣，用戶只須列出簡單的數(shù)學(xué)表達式，其結(jié)果便以數(shù)字或圖形等方法表現(xiàn)出來。并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言的編程模式，為自然科學(xué)和工程設(shè)計諸多領(lǐng)域提供強大環(huán)境。Matlab的特點是：它具有高效的數(shù)值運算及符號計算功能，使用戶從繁雜的數(shù)值計算分析中解脫出來；它具備圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化；友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達式的自然化語言，是學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；為擁護提供大量方便的處理工具，是計算機輔助分析，設(shè)計，仿真，教學(xué)等領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)軟件。Matlab最重要的特點就是易于擴展，允許用戶自行構(gòu)建指定功能的M文件，進而構(gòu)成適合用戶要求的工具箱，這大大擴展了MATLAB的適用范圍。 圖形用戶界面GUI用戶界面是人，即用戶與計算機（或程序）之間交互作用的工具和方法，是進行信息交流的方式。如鍵盤，鼠標，話筒都可成為與計算機交換信息的接口。圖形用戶界面（Graphical User Interfaces ，GUI）則是由窗口、光標、按鍵、菜單、文字說明等對象（Objects）構(gòu)成的一個用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標或鍵盤）選擇、激活這些圖形對象，使計算機產(chǎn)生某種動作或變化，比如實現(xiàn)計算、繪圖等。圖形用戶界面的功能是讓用戶定制用戶與matlab的交互方式，使操作更簡便。 GUI設(shè)計原理及簡介用戶圖形界面（GUI）是程序的圖形化界面。一個好的GUI 能夠使程序更加容易的使用。它提供用戶一個常見的界面，還提供一些控件，例如，按鈕，列表框，滑塊，菜單等。用戶圖形 界面應(yīng)當是易理解且操作是可以預(yù)告的，所以當用戶進行某一項操作，它知道如何去做。例如，當鼠標在一個按鈕上發(fā)生了單擊事件，用戶圖形界面初始化它的操作，并在按鈕的標簽上對這個操作進行描述。 創(chuàng)建MATLAB 用戶圖形界面必須由三個基本元素: 1． 組件。在matlab GUI中的每一個項目（按鈕，標簽，編輯框等）都是一個圖形化組件。組件可分為三類：圖形化控件（按鈕，編輯框，列表，滾動條等），靜態(tài)元素（窗口和文本字符串），菜單和坐標系。圖形化控件和靜態(tài)元素函數(shù)uicontrol創(chuàng)建，菜單由函數(shù)uimenu和uicontextmenu創(chuàng)建，坐標系經(jīng)常用于顯示圖像化數(shù)據(jù)，由函數(shù)axes創(chuàng)建。2． 圖像窗口（Figure）。GUI的每一個組件都必須安排圖像窗口中。以前，我們在畫數(shù)據(jù)圖像時，圖像窗口會被自動創(chuàng)建。但我們還可以用函數(shù)figure來創(chuàng)建圖像窗口，空圖像窗口經(jīng)常用于放置各種類型的組件。3． 回調(diào)。最后，如果用戶用鼠標或用鍵盤鍵入一些信息，那么程序就要有相應(yīng)的動作。鼠標單擊或鍵入信息是一個事件，如果matlab程序運行相應(yīng)的函數(shù)，那么 matlab函數(shù)肯定會有所反應(yīng)。例如，如果用戶單擊一按鈕，這個事件必然導(dǎo)致相應(yīng)的matlab語句執(zhí)行。這些相應(yīng)的語句被稱為回調(diào)。只要執(zhí)行GUI的單個圖形組件，：是連接程序界面整個程序系統(tǒng)的實質(zhì)性功能的紐帶。該屬性值應(yīng)該為一個可以直接求值的字符串，在該對象被選中和改變時，系統(tǒng)將自動地對字符串進行求值。 設(shè)計方法Matlab中的GUI的建立有兩種方式。第一種是直接通過程序編寫的方式產(chǎn)生對象，即利用uicontrol，uimeum等函數(shù)以編寫M文件的方式來開發(fā)整個GUI。程序編寫建立GUI對象的優(yōu)點在于GUI菜單的建立比較齊全，并且程序代碼的通用性很高。但這種方法的最大缺點就是GUI對象在界面上位置的配置，如果不熟悉GUI的用戶會比較難以控制。另一種方式是直接在matlab的GUI編輯界面GUIDE來建立。這個界面非常實用，只要直接通過鼠標將對象拖到目的地，就可以快速的建立出整個GUI框架，布局然后在隨界面自動生成的M文件里面添加函數(shù)或程序代碼。這種方式在M文件的管理上也比較MATLAB的用戶界面設(shè)計工具共有6個,它們是:① 圖形用戶界面設(shè)計窗口:在窗口內(nèi)創(chuàng)建,安排各種圖形對象。② 菜單編輯器(Menu Editor):創(chuàng)建,設(shè)計,修改下拉式菜單和快捷菜單。③ 對象屬性查看器(Property Inspector):可查看每個對象的屬性值,也可修改設(shè)置對象的屬性值。④ 位置調(diào)整工具(Alignment Tool):可利用該工具左右,上下對多個對象的位置進行調(diào)整。⑤ 對象瀏覽器(Object Browser):可觀察當前設(shè)計階段的各個句柄圖形對象。⑥ Tab順序編輯器(Tab Order Editor):通過該工具,設(shè)置當用戶按下鍵盤上的Tab鍵時,對象被選中的先后順序。① 建立用戶菜單要建立用戶菜單可用uimenu函數(shù),因其調(diào)用方法不同,該函數(shù)可以用于建立一級菜單項和子菜單項。② 菜單對象常用屬性菜單對象具有Children,Parent,Tag,Type,UserData,Visible等公共屬性,除公共屬性外,還有一些常用的特殊屬性。③ 快捷菜單,可以使用uicontextmenu函數(shù)和圖形對象的UIContextMenu屬性來建立快捷菜單[15]。①對話框的控件在對話框上有各種各樣的控件,。按鈕(Push Button). 雙位按鈕(Toggle Button). 單選按鈕(Radio Button). 復(fù)選框(Check Box). 列表框(List Box). 彈出框(Popup Menu). 編輯框(Edit Box). 滑動條(Slider). 靜態(tài)文本(Static Text). 邊框(Frame).按鈕組（Botton Group）。②對話框的設(shè)計MATLAB提供了用于建立控件對象的函數(shù)uicontrol，其調(diào)用格式為：對象句柄=uicontrol(圖形窗口句柄，屬性名1，屬性值1，屬性名2，屬性值2，…)，其中各個屬性名及可取的值和前面介紹的uimenu函數(shù)相似，但也不盡相同MATLAB的10種控件對象使用相同的屬性類型，但是這些屬性對于不同類型的控件對象，其含義不盡相同。除Children、Parent、Tag、Type、UserData、Visible等公共屬性句柄圖形是對底層圖形命令集合的總稱，它實際上進行生成圖形的工作。句柄圖形的層次關(guān)系如下： 句柄層次圖形 圖形對象句柄命令句柄系統(tǒng)可以從底層(1ow level)創(chuàng)建和操作線、面、文字、圖像等基本圖形對象指令。 總結(jié)本章主要介紹了MATLAB GUI設(shè)計，包括其設(shè)計原理，設(shè)計工具，設(shè)計方法和如何制作一個GUI界面。5 結(jié)論與展望 結(jié)論數(shù)字圖像目標分割與提取是數(shù)字圖像處理和計算機視覺領(lǐng)域中一個備受關(guān)注的研究分支，也是圖像處理領(lǐng)域的一個經(jīng)典難題。經(jīng)過近二十年的不斷研究和探討，數(shù)字圖像目標分割與