畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于matlab圖像增強(qiáng)技術(shù)(編輯修改稿)
2025-01-08 20:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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 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。 Matlab 常用工 具箱 MATLAB 包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。功能工具包用來(lái)擴(kuò)充 MATLAB 的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類(lèi)。除內(nèi)部函數(shù)外，所有 MATLAB 主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件。 Matlab Main Toolbox―― matlab 主工具箱 System Identification Toolbox――系統(tǒng)辨識(shí)工具箱 Image Processing Toolbox――圖象處理工 具箱 LMI Control Toolbox――線(xiàn)性矩陣不等式工具箱 Optimization Toolbox――優(yōu)化工具箱 Simulink Toolbox――動(dòng)態(tài)仿真工具箱 Wavele Toolbox――小波工具箱 它附加的工具箱，即單獨(dú)提供的專(zhuān)用 matlab 函數(shù)集，擴(kuò)展了 matlab 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題。 小結(jié) 對(duì)于 MATLAB，在教學(xué)期間我們大量的運(yùn)用它來(lái)進(jìn)行編程學(xué)習(xí)，對(duì)于以上所敘，均比較了解，但是對(duì)于其圖像處理功能還是不十分熟悉，因此以下將著重從這方面介紹： 圖像處理 工具包是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的。所支持的圖像處理操作有 :圖像的幾何操作、鄰域和區(qū)域操作、圖像變換、圖像恢復(fù)與增強(qiáng)、線(xiàn)性濾波和濾波器設(shè)計(jì)、變換 DCT 變換等 、圖像分析和統(tǒng)計(jì)、二值圖像操作等。下面就 MATLAB 在圖像處理中各方面的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹。 1 圖像文件格式的讀寫(xiě)和顯示。 MATLAB 提供了圖像文件讀入函數(shù)imread ,用來(lái)讀取如 : bmp 、 tif 、 jpg、 pcx、 tiff 、 gpeg、 hdf 、 xwd 、png 等各種格式的圖像文件 。圖像寫(xiě)出函數(shù) imwrite ,還有圖像顯示函數(shù)image 、 imshow 等等。 2 圖像處理的基本運(yùn)算。 MATLAB 提供了圖像的和、差等線(xiàn)性運(yùn)算 ,以及卷積、相關(guān)、濾波等非線(xiàn)性運(yùn)算。例如 ,conv2 I ,J 實(shí)現(xiàn)了 I ,J 兩幅圖像的卷積。 3 圖像變換。 MATLAB 提供了一維和二維離散傅立葉變換 DFT 、快速傅立葉變換 FFT 、離散余弦變換 DCT 及其反變換函數(shù) ,以及連續(xù)小波變換 CWT 、離散小波變換 DWT 及其反變換。 4 圖像的分析和增強(qiáng)。針對(duì)圖像的統(tǒng)計(jì)計(jì)算 ,MATLAB 提供了校正、直方圖均衡、中值濾波、對(duì)比度調(diào)整、自適應(yīng)濾波等對(duì)圖像進(jìn)行的處理。 以上所提到的 MATLAB 在圖像中的應(yīng)用都是由相應(yīng)的 MATLAB 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,使用時(shí) ,只需按照函數(shù)的調(diào)用語(yǔ)法正確輸入?yún)?shù)即可。具體的用法可參考 MATLAB 豐富的幫助文檔。 3 圖像增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)是按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)，消弱或去除某些信息使得圖像更加實(shí)用。圖像增強(qiáng)技術(shù)主要包含直方圖修改處理、圖像平滑處理、圖像尖銳化處理和彩色技術(shù)等。 圖像增強(qiáng)技術(shù)概述 圖像增強(qiáng)技術(shù)主要包括：直方圖修改處理，圖像 平滑處理，圖像尖銳化處理，彩色圖像處理。從純技術(shù)上講主要有兩類(lèi)：頻域處理法和空域處理法。 頻域處理法主要是卷積定理，采用修改圖像傅立葉變換的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)處理技術(shù)；空域處理法：是直接對(duì)圖像中的像素進(jìn)行處理，基本上是以灰度映射變換為基礎(chǔ)的。 直方圖增強(qiáng) 灰度變換是圖像增強(qiáng)的一種重要手段，使圖像對(duì)比度擴(kuò)展，圖像更加清晰，特征更加明顯?；叶燃?jí)的直方圖給出了一幅圖像概貌的描述，通過(guò)修改灰度直方圖來(lái)得到圖像增強(qiáng)。 直方圖 圖像的直方圖是圖像的重要統(tǒng)計(jì)特征，它可以認(rèn)為是圖像灰度密度函數(shù)的近似。圖像的灰度 直方圖是反映一幅圖像的灰度級(jí)與出現(xiàn)這種灰度級(jí)的概率之間的關(guān)系的圖形。 灰度直方圖是離散函數(shù)，一般的來(lái)講，要精確的得到圖像的灰度密度函數(shù)是比較困難的，在實(shí)際中，可以使數(shù)字圖像灰度直方圖來(lái)代替。歸納起來(lái)，直方圖主要有一下幾點(diǎn)性質(zhì)： （ 1）直方圖中不包含位置信息。直方圖只是反應(yīng)了圖像灰度分布的特性，和灰度所在的位置沒(méi)有關(guān)系，不同的圖像可能具有相近或者完全相同的直方圖分布。 （ 2）直方圖反應(yīng)了圖像的整體灰度。直方圖反應(yīng)了圖像的整體灰度分布情況，對(duì)于暗色圖像，直方圖的組成集中在灰度級(jí)低（暗）的一側(cè)，相反，明亮圖像的直 方圖則傾向于灰度級(jí)高的一側(cè)。直觀(guān)上講，可以得出這樣的結(jié)論，若一幅圖像其像素占有全部可能的灰度級(jí)并且分布均勻，這樣的圖像有高對(duì)比度和多變的灰度色調(diào)。 （ 3）直方圖的可疊加性。一幅圖像的直方圖等于它各個(gè)部分直方圖的和。 （ 4）直方圖具有統(tǒng)計(jì)特性。從直方圖的定義可知，連續(xù)圖像的直方圖是一位連續(xù)函數(shù)，它具有統(tǒng)計(jì)特征，例如矩、絕對(duì)矩、中心矩、絕對(duì)中心矩、熵。 （ 5）直方圖的動(dòng)態(tài)范圍。直方圖的動(dòng)態(tài)范圍是由計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的灰度級(jí)決定。 MATLAB 圖像處理工具箱提供了 imhist 函數(shù)來(lái)計(jì)算和顯示圖像的直方 圖，灰度直方圖是灰度值的函數(shù)，描述的是圖像中具有該灰度值的像素的個(gè)數(shù)，（ b）為圖像（ a）的灰度直方圖，其橫坐標(biāo)表示像素的灰度級(jí)別，縱坐標(biāo)表示該灰度出現(xiàn)的頻率（像素的個(gè)數(shù)）。 當(dāng)圖像對(duì)比度較小時(shí)，它的灰度直方圖只在灰度軸上較小的一段區(qū)間上非零，較暗的圖像由于較多的像素灰度值低，因此它的直方圖的主體出現(xiàn)在低值灰度區(qū)間上，其在高值灰度區(qū)間上的幅度較小或?yàn)榱?，而較亮的圖像情況正好相反。 直方圖均衡化 直方圖均衡化過(guò)程如下： （ 1）計(jì)算原圖像的灰度直方圖； （ 2）計(jì)算原圖像的灰度累積分布函數(shù)，進(jìn)一步求出灰度變 換表； （ 3）根據(jù)灰度變換表，將原圖像各灰度級(jí)映射為新的灰度級(jí)。 在 MATLAB 中， histeq 函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)直方圖均衡化。該命令對(duì)灰度圖像 I 進(jìn)行變換，返回有 N 級(jí)灰度的圖像 J， J 中的每個(gè)灰度級(jí)具有大致相同的像素點(diǎn)，所以圖像 J 的直方圖較為平坦，當(dāng) N 小于 I 中灰度級(jí)數(shù)時(shí)， J 的直方圖更為平坦，缺省的 N 值為 64。 以下展示了直方圖均衡化的效果： 從直方圖統(tǒng)計(jì)可以看出，原始圖的灰度范圍大約是 0 到 100 之間，灰度分布的范圍比較狹窄，所以整體上看對(duì)比度比較差，而直方圖均衡化后，灰度幾乎是均勻的分布在 0 到 255 的范圍內(nèi)，圖像 明暗分明，對(duì)比度很大，圖像比較清晰明亮，很好的改善了原始圖的視覺(jué)效果。 優(yōu)勢(shì)：能夠使得處理后圖像的概率密度函數(shù)近似服從均勻分布，其結(jié)果擴(kuò)張了像素值的動(dòng)態(tài)范圍，是一種常用的圖像增強(qiáng)算法。 不足：不能抑制噪聲。 圖像二值化 圖像的二值化處理就是將圖像上的像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為 0 或 255，也就是講整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果。 將 256 個(gè)亮度等級(jí)的灰度圖像通過(guò)適當(dāng)
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