【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2．MATLAB的缺點(diǎn) 然而MATLAB自身存在的某些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。 （1）MATLAB是一種解釋性語(yǔ)言，所以它的語(yǔ)言執(zhí)行效率低，這對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域，如自動(dòng)控制、信號(hào)處理等，其實(shí)時(shí)效率是較差的。 （2）MATLAB程序不能脫離其環(huán)境運(yùn)行，因此它不能被用于開(kāi)發(fā)商用軟件。 （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。167。 MATLAB圖像處理工具箱簡(jiǎn)介 MATLAB中的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由一組有序的實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)元素構(gòu)成的數(shù)組，圖像對(duì)象的表達(dá)采用的是一組有序的灰度或彩色數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的實(shí)值數(shù)組。MATLAB中通常用二維數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)圖像，數(shù)組的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)于圖像的一個(gè)像素值。例如，由200行和300列的不同顏色點(diǎn)組成的一幅圖像在MATLAB中采用200300的矩陣存儲(chǔ)。 MATLAB支持多種類型的圖像，而不同類型的圖像其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)通常是不同的。如RGB圖像則需要一個(gè)三維數(shù)組，3個(gè)數(shù)據(jù)維分別對(duì)應(yīng)于某像素點(diǎn)的紅色、綠色和藍(lán)色強(qiáng)度值。由于對(duì)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(diǎn)的強(qiáng)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。 MATLAB的圖像處理工具箱功能十分強(qiáng)大,支持的圖像文件格式豐富,如*.BMP、*.JPEG、*.GIF、*.TIFF、*.PCX、*.HDF、*.XWD、*.PNG等。MATLAB圖像處理工具箱支持四種圖像類型，分別為真彩色圖像、索引色圖像、灰度圖像、二值圖像，由于有的函數(shù)對(duì)圖像類型有限制，這四種類型可以用工具箱的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)相互轉(zhuǎn)換。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(nèi)的幾乎所有的圖像處理方法。這些函數(shù)按其功能可分為:圖像顯示；圖像文件I/O；幾何操作；像素和統(tǒng)計(jì)處理；圖像分析；圖像增強(qiáng)；線性濾波；線性二元濾波設(shè)計(jì)；圖像變換；鄰域和塊處理；二進(jìn)制圖像操作；區(qū)域處理；顏色映像處理；顏色空間變換；圖像類型和類型轉(zhuǎn)換。 利用這些圖像處理工具箱,并結(jié)合其強(qiáng)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(xiě)、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。而且,在測(cè)試這些算法時(shí)既可方便地得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),同時(shí)又可得到直觀圖示。167。 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(gè)數(shù)據(jù)矩陣，也可能包含一個(gè)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。此外，MATLAB還支持由多幀圖像組成的圖像序列。1．索引圖像 索引圖像包括一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣A，一個(gè)顏色映射矩陣B。其中B是一個(gè)包含3列和若干行的數(shù)據(jù)陣列。B矩陣的每一行分別表示紅色、綠色和藍(lán)色的顏色值。在MATLAB中，索引圖像是從像素值到顏色映射表值的直接映射。像素顏色由數(shù)據(jù)矩陣A作為索引指向矩陣B進(jìn)行索引。例如，值1指向矩陣B中的第一行，值2指向第二行，依此類推。2．灰度圖像 MATLAB中，一幅灰度圖像是一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣I,其中I的數(shù)據(jù)均代表了在一定范圍內(nèi)的顏色灰度值。MATLAB把灰度圖像存儲(chǔ)為一個(gè)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。矩陣中的元素可以是雙精度的浮點(diǎn)數(shù)類型、8位或16位無(wú)符號(hào)的整數(shù)類型。大多數(shù)情況下，灰度圖像很少和顏色映射表一起保存。但是在顯示灰度圖像時(shí)，MATLAB仍然在后臺(tái)使用系統(tǒng)預(yù)定義的默認(rèn)的灰度顏色映射表。3．二值圖像 與灰度圖像相同，二值圖像只需要一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，每個(gè)像素只取兩個(gè)灰度值。二值圖像可以采用uint8和double類型存儲(chǔ)，工具箱中以二值圖像作為返回結(jié)果的函數(shù)都使用uint8類型。4．RGB圖像 RGB圖像，即真彩色圖像，在MATLAB中存儲(chǔ)為nm3的數(shù)據(jù)矩陣。數(shù)組中的元素定義了圖像中每一個(gè)像素的紅、綠、藍(lán)顏色值。需要指出的是，RGB圖像不使用Windows顏色映射表。像素的顏色保存在像素位置上的紅、綠、藍(lán)的強(qiáng)度值的組合來(lái)確定。圖像文件格式把RGB圖像存儲(chǔ)為24位的圖像，紅、綠、藍(lán)分別占8位。這樣可以有約1000萬(wàn)種顏色（即224=16777216）。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。圖像序列是一個(gè)四維的數(shù)組，圖像幀的序號(hào)在圖像的長(zhǎng)、寬、顏色深度之后構(gòu)成第四維。比如一個(gè)包含了5幅400300像素的真彩色圖像序列，其大小為40030035。在MATLAB中，： 圖像類型轉(zhuǎn)換函數(shù) 函數(shù)名 函數(shù)功能 dither 圖像抖動(dòng)，將灰度圖變成二值圖，或?qū)⒄娌噬珗D像抖動(dòng)成索 引色圖像 gray2ind 將灰度圖像轉(zhuǎn)換成索引圖像 grayslice 通過(guò)設(shè)定閾值將灰度圖像轉(zhuǎn)換成索引色圖像 im2bw 通過(guò)設(shè)定亮度閾值將真彩色、索引色、灰度圖轉(zhuǎn)換成二值圖 ind2gray 將索引色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像 ind2rgb 將索引色圖像轉(zhuǎn)換成真彩色圖像 mat2gray 將一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣轉(zhuǎn)換成一副灰度圖 rgb2gray 將一副真彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像 rgb2ind 將真彩色圖像轉(zhuǎn)換成索引色圖像 167。 MATLAB用于圖像處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與其它開(kāi)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(jìn)行制作，大量工作進(jìn)行編程，不僅效率低，而且效果也不夠理想。但從Math Works公司推出MATLAB ，這種局面有了較大改觀。 MATLAB既是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，同時(shí)又是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺(tái)。它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)提供了最核心的數(shù)學(xué)和高級(jí)圖形工具。根據(jù)它提供的500多個(gè)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(jì)算。MATLAB具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示功能，其輸出結(jié)果可視化，編程效率極高，極少的代碼即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)行。基本的圖像處理操作一般包括讀入圖像、顯示圖像、處理圖像和存儲(chǔ)圖像等幾個(gè)部分，而使用VC編寫(xiě)的圖像處理程序代碼將會(huì)非常龐大。例如，為了實(shí)現(xiàn)圖像讀取和顯示操作，VC程序代碼需要完成的工作涉及到確定圖像文件，讀取文件頭信息，確定文件格式，設(shè)置調(diào)色板，順序讀取圖像數(shù)據(jù)，然后調(diào)用系統(tǒng)提供的API函數(shù)，設(shè)定顯示的各種參數(shù)，設(shè)計(jì)顯示界面，接下來(lái)才可以看到一幅圖像顯示在顯示屏上。盡管這是圖像處理中最基本的步驟，但要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程要求程序員對(duì)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(shí)現(xiàn)下來(lái)，不算上系統(tǒng)提供的API函數(shù)，全部代碼也有幾百行以上。而使用MATLAB提供的工具箱函數(shù)，只需幾行代碼就可實(shí)現(xiàn)它。 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(shí)現(xiàn)圖像處理任務(wù)，不再把很多的時(shí)間花在調(diào)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。由以上對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，使用MATLAB編程的確可以簡(jiǎn)化操作，減輕編程壓力。當(dāng)然MATLAB編程一直以來(lái)也有其不足的地方，其邊解釋邊執(zhí)行，運(yùn)算效率較低，實(shí)現(xiàn)相同功能的代碼跟其他編程平臺(tái)相比運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且不適合作為通用的編程平臺(tái)。但這個(gè)問(wèn)題正隨著版本的不斷升級(jí)而得到很大程度的改善。另外，MATLAB編程有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，就是重復(fù)編譯效率很高。第三章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)167。在不可控環(huán)境下得到的圖像必須經(jīng)過(guò)一系列的處理，才能起到更大的作用。其流程圖如下： 原始圖像 圖像識(shí)別圖像配準(zhǔn)等 圖像特征分析 預(yù)處理 幾何變換圖像分割圖像變換圖像增強(qiáng)紋理特征分析數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 流程圖圖中，每個(gè)步驟都包括幾個(gè)模塊，每個(gè)模塊都會(huì)實(shí)現(xiàn)各自的功能，并針對(duì)各種圖像有不同的算法，至于適合哪種算法，具有不確定性，必須要自己去觀察、調(diào)試。為了演示圖像處理技術(shù)在不可控環(huán)境下的應(yīng)用，基于MATLAB的平臺(tái)，利用其圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和自帶的工具箱設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)系統(tǒng)，擁有一些圖像處理技術(shù)中的經(jīng)典模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)典實(shí)用的若干功能，涵蓋了圖像處理領(lǐng)域的大部分算法。最后通過(guò)一個(gè)實(shí)例對(duì)圖像處理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的詮釋。通過(guò)圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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。基于MATLAB的圖像處理工具箱實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，系統(tǒng)界面友好，交互性強(qiáng)，若再結(jié)合相應(yīng)的圖像處理方面的書(shū)籍，初學(xué)者便能在較短的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的、感性的理解和學(xué)習(xí)圖像處理的知識(shí)。167。 首先，根據(jù)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性、一致性、習(xí)常性的原則，確定了設(shè)計(jì)的一般步驟，具體如下: （1）分析界面所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計(jì)任務(wù)。 （2）繪出界面草圖，并對(duì)其進(jìn)行檢查 。 （3）按照構(gòu)思的草圖，制作靜態(tài)界面，并進(jìn)行檢查。 （4）編寫(xiě)界面動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)其功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。 （5）系統(tǒng)的進(jìn)行調(diào)試，確定系統(tǒng)功能的準(zhǔn)確性和連貫性。 按照以上步驟，首先利用MATLAB圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的靜態(tài)界面。當(dāng)靜態(tài)界面設(shè)計(jì)完成之后，，.M文件包括GUI設(shè)計(jì)、控制函數(shù)以及為子函數(shù)的用戶的回調(diào)函數(shù)，主要用于控制GUI展開(kāi)時(shí)的各種特征。，用戶控件的回調(diào)函數(shù)根據(jù)用戶與GUI的具體交互方式分別調(diào)用?；卣{(diào)函數(shù)就是在調(diào)用對(duì)象時(shí)，該對(duì)象所要回應(yīng)的動(dòng)作。因此，如何編寫(xiě)對(duì)象的回調(diào)函數(shù)是該系統(tǒng)的一大難點(diǎn)。在為編寫(xiě)回調(diào)函數(shù)時(shí)，獲得該函數(shù)的句柄是實(shí)現(xiàn)對(duì)象動(dòng)作功能的關(guān)鍵所在。句柄實(shí)際上就是分配給每個(gè)對(duì)象的數(shù)字標(biāo)識(shí)，每次創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，MATLAB就會(huì)自動(dòng)為它創(chuàng)建一個(gè)唯一的句柄，這樣只要我們能找到該句柄，就能對(duì)該對(duì)象進(jìn)行操作。在MATLAB中常用獲得句柄的函數(shù)有以下幾種： gcf：獲取當(dāng)前圖形窗口的句柄 gca：獲取當(dāng)前坐標(biāo)軸的句柄 gco：獲取當(dāng)前對(duì)象的句柄 gcbo：獲取當(dāng)前正在調(diào)用的對(duì)象的句柄 gcbf：獲取包括正在執(zhí)行調(diào)用的對(duì)象的圖形的句柄我們就可以使用這幾個(gè)函數(shù)獲得要操作對(duì)象的句柄。例如可以利用get函數(shù)配合使用上面的幾個(gè)函數(shù)就可以獲得所要操作對(duì)象的數(shù)字標(biāo)識(shí)。一旦獲得所要操作對(duì)象的句柄，接下來(lái)的工作就是系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，然而在計(jì)算機(jī)上對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字處理的時(shí)候，首先必須對(duì)其在空間和亮度上進(jìn)行數(shù)字化，這就是圖像的采樣和量化的過(guò)程。二維圖像進(jìn)行均勻采樣，就可以得到一幅離散化的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一個(gè)整數(shù)陣列，因而用矩陣來(lái)描述該數(shù)字圖像是最直觀最簡(jiǎn)便的了。MATLAB的長(zhǎng)處就是處理矩陣運(yùn)算，因此用MATLAB處理數(shù)字圖像非常的方便。167。 1．系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）界面友好，操作簡(jiǎn)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(shù)和算法對(duì)圖像作用的效果。用戶只需在選擇圖片后，對(duì)其進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的操作，即可觀察各種像處理技術(shù)特別是有關(guān)不可控環(huán)境的算法對(duì)圖像的影響。（2）可移植性、可擴(kuò)展性強(qiáng)與Photoshop等商用軟件對(duì)比，不同于它們對(duì)圖像處理基本知識(shí)的要求低，可移植性和可擴(kuò)展性差的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)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。MATLAB自帶的圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數(shù)，并且這些函數(shù)大多是M文件，可以通過(guò)對(duì)這些代碼進(jìn)行改進(jìn)來(lái)擴(kuò)充圖像處理的功能。所以這樣的系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可移植性和可擴(kuò)展性，可以較方便的增加新的內(nèi)容。 （3）可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā) 本系統(tǒng)不僅可以作為學(xué)習(xí)、理論教學(xué)演示和實(shí)驗(yàn)用，而且方便用戶進(jìn)行特定領(lǐng)域圖像處理軟件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，如圖片預(yù)處理系統(tǒng)，指紋識(shí)別系統(tǒng)、車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)等等的設(shè)計(jì)。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況利用本軟件進(jìn)行逐步的處理試驗(yàn)，然后選擇最優(yōu)的處理算法、處理步驟，然后再編寫(xiě)自己的軟件。當(dāng)處理結(jié)果不能完全滿足要求時(shí)，用戶可以知道具體是哪個(gè)或哪些處理步驟不能滿足要求，從有針對(duì)性的對(duì)算法加以改進(jìn)或重新組合，開(kāi)發(fā)出滿足實(shí)際需要的新軟件。2．系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)處理功能強(qiáng)大，能進(jìn)行以下方面的圖像處理:（1）可以對(duì)圖像進(jìn)行基本的灰度圖，彩色圖，二值圖的轉(zhuǎn)換；（2）可以對(duì)圖像進(jìn)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(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)操作，包括點(diǎn)運(yùn)算、空間域?yàn)V波、頻域?yàn)V波和彩色增強(qiáng)操作，其中點(diǎn)運(yùn)算又包括灰度變換和直方圖調(diào)整，空間域?yàn)V波又包括圖像的平滑濾波、銳化濾波，頻域?yàn)V波又包括圖像的低通濾波、高通濾波，彩色增強(qiáng)又包括圖像的頻域偽彩色增強(qiáng)、灰度分層法偽彩色變換；（4）可以對(duì)圖像進(jìn)行幾何變換，包括旋轉(zhuǎn)、縮小、移動(dòng)、水平鏡像、垂直鏡像、對(duì)角鏡像、綜合；（5）可以對(duì)圖像進(jìn)行壓縮編碼操作，包括DW編碼、基于小波變換編碼，和線性預(yù)測(cè)編碼操作；（6）可以對(duì)圖像進(jìn)行復(fù)原操作，包括自適應(yīng)性維納濾波法、WIENER濾波法等復(fù)原操作；（7）可以對(duì)圖像進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算、膨脹、腐蝕等數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)操作；（8）可以對(duì)圖像進(jìn)行分割操作，包括基于閾值法分割和邊緣檢測(cè)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取；（10）最后還有一個(gè)實(shí)例，來(lái)體現(xiàn)圖像處理和分析的應(yīng)用。167。我們將按照數(shù)字圖像處理技術(shù)涉及的各個(gè)方法來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體框架，整個(gè)系統(tǒng)主要由如下10個(gè)模塊及其子模塊組成，其中子模塊又可以再分下去