【正文】 特別是昌大“以人為本”的教學(xué)管理理念和培養(yǎng)方式，使我們的課程學(xué)習(xí)進(jìn)行得張弛有序，使工作和學(xué)習(xí)得到了很好的交融與互補(bǔ)。 本文的撰寫工作是在導(dǎo)師武和雷老師的悉心指導(dǎo)下完成的，論文的研究思想、研究內(nèi)容、結(jié)構(gòu)框架的確立，都得到了導(dǎo)師的大力幫助和指導(dǎo)。下一步需要研究一些場景性更強(qiáng)的特定領(lǐng)域圖像處理問題的實(shí)現(xiàn)，如軟件中可以加入一些比較成熟簡單的圖像處理系統(tǒng)，如簡單的指紋識(shí)別、車牌識(shí)別系統(tǒng)等，便于用戶對(duì)圖像處理中一個(gè)完整的處理系統(tǒng)有比較全面的認(rèn)識(shí)，更能在各種不可控環(huán)境得到的圖像進(jìn)行分析配準(zhǔn)和識(shí)別。 展望 目前，各種針對(duì)不可控環(huán)境的處理軟件如人臉識(shí)別，車站監(jiān)控系統(tǒng)，指紋識(shí)別和車號(hào)提取等己在市場上亮相，對(duì)于圖像處理的初學(xué)者和算法研究人員開發(fā)的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)用的系統(tǒng)已成為專業(yè)人士的主要研究課題。 3．分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景，提出了系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)，各模塊的功能設(shè)計(jì)，重點(diǎn)論述了圖像變換部分的設(shè)計(jì)，并用MATLAB語言實(shí)現(xiàn)了其主要算法，最后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了算法演示。 本文首先簡要的介紹了數(shù)字圖像處理技術(shù)，接著介紹了MATLAB軟件及其圖像處理工具箱，然后重點(diǎn)介紹了圖像增強(qiáng)技術(shù)，對(duì)圖像包括點(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都做了詳細(xì)論述，并利用MATLAB提供的強(qiáng)大的圖像處理工具包進(jìn)行了算法的實(shí)現(xiàn)，并通過對(duì)同一張照片的處理效果對(duì)算法進(jìn)行比較分析。運(yùn)行結(jié)果： 可見，文字可以更快更好的提取。subplot(1,3,3)。 subplot(1,3,1)。 if (d1(j,i)=d2(j,i)) I0(j,i)=1。myI=double(I)。I3=I(:,:,3)。C:\Documents and Settings\陳長新\桌面\39。在此，本文通過一張包含有數(shù)字的照片，對(duì)其模糊化處理，模擬成不可控環(huán)境下的拍攝照片；然后在上述系統(tǒng)中進(jìn)行各種操作，來提取識(shí)別圖像中的文字。最后將它們作為三基色分量分別加到彩色顯示器的紅、綠、藍(lán)顯示通道，得到一幅彩色圖像。167。常用的高通濾波器有：（1）理想高通濾波器二維理想高通濾波器的傳遞函數(shù)為:（2）巴特沃斯高通濾波器n階巴特沃斯高通濾波器的傳遞函數(shù)定義如下（3）指數(shù)濾波器指數(shù)高通濾波器的傳遞函數(shù)為（4）梯形濾波器梯形高通濾波器的定義為 四種濾波函數(shù)的選用類似于低通。2．高通濾波法高通濾波法就是用高通濾波算子和圖像卷積來增強(qiáng)邊緣。（3）指數(shù)低通濾波器指數(shù)低通濾波器是圖像處理中常用的另一種平滑濾波器。 低通濾波、高通濾波 ，即=* ，那么根據(jù)卷積定理在頻域有： 其中，分別是，的傅立葉(或其它)變換，是轉(zhuǎn)移函數(shù) 。 算子 Sobel 算子的兩個(gè)卷積計(jì)算核每個(gè)點(diǎn)都用這兩個(gè)核作卷積，第一個(gè)核對(duì)通常的垂直邊緣響應(yīng)最大，第二個(gè)核對(duì)水平邊緣響應(yīng)最大。第五種輸出形式這種方法將明顯邊緣和背景分別用灰度級(jí)LG和LB表示，生成二值圖像，便于研究邊緣所在位置。第一種輸出形式g(x,y)=grad(x,y)此法的缺點(diǎn)是增強(qiáng)的圖像僅顯示灰度變化比較徒的邊緣輪廓，而灰度變化比較平緩或均勻的區(qū)域則呈黑色。從以往的經(jīng)驗(yàn)看，方形或圓形窗口適宜于外輪廓線較長的物體圖像，而十字形窗口對(duì)有尖頂角狀的圖像效果好。一維中值濾波的概念很容易推廣到二維。例：采用13窗口進(jìn)行中值濾波原圖像為：2 2 6 2 1 2 4 4 4 2 4處理后為：2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4它對(duì)脈沖干擾及椒鹽噪聲的抑制效果好，在抑制隨機(jī)噪聲的同時(shí)能有效保護(hù)邊緣少受模糊。因此，可用鄰域內(nèi)各像素的灰度平均值代替該像素原來的灰度值，實(shí)現(xiàn)圖像的平滑。（8）用和的映射關(guān)系，修改原始圖像灰度級(jí)，獲得直方圖近似均勻分布的輸出圖像。（2）統(tǒng)計(jì)各灰度級(jí)的像素?cái)?shù)目，, j=0,1,…,k,…,L1。下面先討論連續(xù)變化圖像的均衡化問題，然后推廣到離散的數(shù)字圖像上。3. 直方圖修整法 灰度直方圖反映了數(shù)字圖像中每一灰度級(jí)與其出現(xiàn)頻率間的關(guān)系,它能描述該圖像的概貌。①對(duì)數(shù)變換對(duì)數(shù)變換的一般表達(dá)式為 這里a,b,c是為了調(diào)整曲線的位置和形狀而引入的參數(shù)。采用線性變換對(duì)圖像每一個(gè)像素灰度作線性拉伸，可有效地改善圖像視覺效果。,b180。 圖像增強(qiáng)模塊:可以對(duì)圖像包括點(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。(由于篇幅原因只給出圖像增強(qiáng)的詳細(xì)分析) 圖像增強(qiáng)是采用一系列技術(shù)去改善圖像的視覺效果,或?qū)D像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器進(jìn)行分析和處理的形式。第二步就是創(chuàng)建菜單項(xiàng)。該系統(tǒng)的靜態(tài)界面如圖所示:當(dāng)靜態(tài)界面設(shè)計(jì)完成以后，對(duì)該界面進(jìn)行保存。圖形用戶界面GUI是包含圖形對(duì)象(如圖形窗口、菜單、控件、文本)的用戶界面，用戶以某種方式選擇或者擊活這些對(duì)象會(huì)發(fā)生變化或引起動(dòng)作。第一是打開原始圖像，第二是選擇要執(zhí)行的模塊，第三是選擇某種算法進(jìn)行處理，第四是將圖像處理后的結(jié)果顯示到界面上。 2．打開文件操作可以調(diào)用的圖像文件格式豐富，除了常用的*. jpg, *. Gif外還包括*.bmp,*.cur,*.hdf ,*.ico,*.pbm,*.pcx,*.pgm,*.png,*.pnm,*.ppm,*.ras、*.tif,*.tiff,*.xwd。同一個(gè)M文件中又包含若干個(gè)M函數(shù)，界面中的每一個(gè)控件及菜單項(xiàng)對(duì)應(yīng)的程序都有放在相應(yīng)的M函數(shù)內(nèi)。（9）圖像特征分析的模塊 可以對(duì)圖像進(jìn)行包括紋理特征分析和邊界提取操作；（10）最后還有一個(gè)實(shí)例，來體現(xiàn)圖像處理和分析的應(yīng)用。 本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)圖像的讀寫、顯示等基本操作以及圖像處理相關(guān)操作。菜單項(xiàng)的標(biāo)題是全中文的，從菜單條的名字很容易知道其功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)由實(shí)現(xiàn)各種算法功能的用戶操作窗口所組成，窗口中包括標(biāo)題欄、菜單欄、各種控件及文字說明等。打開圖片后，選擇傅里葉變換:然后就會(huì)彈出傅里葉轉(zhuǎn)換后的結(jié)果：2．用戶界面設(shè)計(jì)概述傳統(tǒng)的用戶界面是指用戶與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行交互通信聯(lián)系的平臺(tái)，并出現(xiàn)了多種形式的人機(jī)交互方式，從命令行的交互方式轉(zhuǎn)變至以圖形界面為主的交互形式。主界面包括文件、編輯、圖像變換操作、圖像增強(qiáng)操作、幾何變換操作、壓縮編碼操作、圖像復(fù)原操作、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、圖像分割操作、圖像特征分析、實(shí)例共10個(gè)菜單。167。 （3）可以進(jìn)行二次開發(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)、車牌識(shí)別系統(tǒng)等等的設(shè)計(jì)。用戶只需在選擇圖片后，對(duì)其進(jìn)行一些簡單的操作，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。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，因而用矩陣來描述該數(shù)字圖像是最直觀最簡便的了。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?；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。 （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。 首先，根據(jù)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)的簡單性、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)。最后通過一個(gè)實(shí)例對(duì)圖像處理進(jìn)行了簡單的詮釋。第三章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)167。由以上對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，使用MATLAB編程的確可以簡化操作，減輕編程壓力。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，接下來才可以看到一幅圖像顯示在顯示屏上。它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開發(fā)提供了最核心的數(shù)學(xué)和高級(jí)圖形工具。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 通過設(shè)定閾值將灰度圖像轉(zhuǎn)換成索引色圖像 im2bw 通過設(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。這樣可以有約1000萬種顏色（即224=16777216）。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。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。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。B矩陣的每一行分別表示紅色、綠色和藍(lán)色的顏色值。 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。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。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中通常用二維數(shù)組來存儲(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。 （2）MATLAB程序不能脫離其環(huán)境運(yùn)行，因此它不能被用于開發(fā)商用軟件。據(jù)Math works公司聲稱，MATLAB軟件中所包含MATLAB源代碼相當(dāng)于70萬條C代碼。MATLAB支持用戶對(duì)其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的應(yīng)用程序可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中?？梢哉f，MATLAB在科學(xué)計(jì)算與工程應(yīng)用方面的編程效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他高級(jí)語言。167。Math Works公司針對(duì)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，推出了信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、小波分析、魯棒控制、非線性系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)、系統(tǒng)辨識(shí)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析、財(cái)政金融、樣條、通信等30多個(gè)具有專門功能的工具箱，這些工具箱是由該領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)水平較高的專家編寫的，無需用戶自己編寫所用的專業(yè)基礎(chǔ)程序，可直接對(duì)工具箱進(jìn)行運(yùn)用。5． 其他應(yīng)用圖像的遠(yuǎn)距離通信；多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用；電視電話；服裝試穿顯示；理發(fā)發(fā)型預(yù)測顯示；電視會(huì)議；辦公自動(dòng)化、現(xiàn)場視頻管理等。1． 在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要包括顯微圖像處理；DNA顯示分析；紅、白血球分析計(jì)數(shù)；蟲卵及組織切片的分析；癌細(xì)胞的識(shí)別；染色體分析等等。隨著計(jì)算機(jī)的高速化和大容量化，圖像信息的處理已成為可能。這種描述并不僅是單純的用符號(hào)做出詳細(xì)的描繪，而且要利用客觀世界的知識(shí)使計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)想、思考及推論，從而理解圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容。當(dāng)今，模式識(shí)別方法大致3種，即統(tǒng)計(jì)識(shí)別法、句法結(jié)構(gòu)模式識(shí)別法和模糊識(shí)別法。三維重建技術(shù)也是當(dāng)今頗為熱門的虛擬現(xiàn)實(shí)和科學(xué)可視化技術(shù)的基礎(chǔ)。7．圖像重建 幾何處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原都是從圖像到圖像的處理，即輸入的原始數(shù)據(jù)是圖像，處理后輸出的也是圖像，而重建處理則是從數(shù)據(jù)到圖像的處理，也就是說輸入的是某種數(shù)據(jù)，而處理結(jié)果得到的是圖像。去除圖像畸變則需要借助圖像的空間變換操作。典型的去噪操作就屬于復(fù)原處理。因此，往往采用各種圖像變換的方法，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理。167。（2）圖形與圖像相結(jié)合，朝著多維成像的方向發(fā)展。圖像一般是二維信息，而信息量要大很多的三維圖像則將隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展將得到越來越廣泛的應(yīng)用；⑤標(biāo)準(zhǔn)化。具體表現(xiàn)為:①提高分辨率。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量。（2）數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬 與音頻信息相比，占用的頻帶要大n個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。（4）靈活性高 由于圖像的光學(xué)處理從原理上講只能進(jìn)行線性運(yùn)算，極大地限制了光學(xué)圖像處理能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運(yùn)算，且能實(shí)現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達(dá)的一切運(yùn)算均可用數(shù)字圖像處理實(shí)現(xiàn)。從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實(shí)現(xiàn)的，只要在處理時(shí)改變程序中的數(shù)組