【正文】 在本論文的研究和撰寫過程中，得到了元丹等同學的大力幫助，在此，對他們表示衷心的感謝！參考文獻（References）[1] 盛利元，李宏言．．電氣 電子教學學報，2006，27 [S]：7582[2] 勒中鑫．數(shù)字圖像信息處理[M]．北京：國防工業(yè)出版，2003．207268[3] Rafael C’，Gonzalez，Richard E W． Digital Image Processing Using MATLAB[M]．北京：電子工業(yè)出版，2004[4] 李開友．基于MATLAB的工程運算可視化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D] ．昆明：昆明理工大學計算機系，2006[5] Gonzalez R C．Digital Image Processing Using MATLAB[M]．北京：電子工業(yè)出 版，2005[6] 河東健，耿楠，張義寬．.數(shù)字圖像處理[M] ．西安：西安電子科技大學出版社，2003， 314[7] Mallot A H．Computational Vision. Cambridge[P]．The MIT Press，2000[8] 鄧華．淺談Matlab在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用[J]．科技資訊 2006， 8:128129[9] 陳楊，陳榮娟，郭穎輝．MATLAB. 6x圖形編程與圖像處理[M]西安：西安電子科技大學出版社，2002：96148[10] 孫祥，黃曉鳴．基于MATLAB的集成化圖像處理系統(tǒng)[J]．科學技術(shù)與工程，2007， 7 (20)：53865388[11] 陳杰．MATLAB寶典[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007：14[12] 孫兆林．MATLAB [M] ．北京：清華大學出版社，2002：76210[13] 陳愛軍．MATLAB在數(shù)字圖像處理CAI課件制作中的應(yīng)用[M] ．系統(tǒng)仿典學報，2006，18(2)：973975[14] Duda，R. O.，Hart，.，Stork，D. G. Pattern Classification，2nd ed.，John Wileyamp。 在本科學習過程中，得到了南昌大學許多老師竭心盡力的教育與培養(yǎng)，在此，同樣表示由衷的感謝。同時武老師的治學態(tài)度與教研精神，以及對我的淳淳教導和殷切希望，對我的學業(yè)與今后工作都產(chǎn)生了積極的影響。致 謝 在完成學業(yè)、研究生錄取和論文資料收集、算法分析、系統(tǒng)設(shè)計、論文撰寫的過程中，得到了許多老師、同學的熱心關(guān)懷、鼎力支持和無私幫助，在此一并致謝。 3．算法的進一步優(yōu)化問題，近來圖像處理算法發(fā)展較為迅速，如何根據(jù)實際工作進一步地研究更加優(yōu)化和高效率的算法，這些都是值得進一步探討的問題。 2．在系統(tǒng)的功能方面，現(xiàn)在的幾個方面主要解決的是初學者和算法研究人員所面臨的對一些共同性的較簡單的處理問題，在實際不可控環(huán)境下的特定問題還沒有怎么深入的涉及。希望筆者所做的探索可為將來在不可控環(huán)境下的圖像處理技術(shù)的研究開發(fā)提供一些思路和參考，可有所借鑒。167。 4．設(shè)計友好的、易于操作的圖形用戶界面，方便用戶對結(jié)果的觀察以及對已有算法的比較研究和新算法的開發(fā)。 2．分析了MATLAB軟件的主要優(yōu)缺點及在圖像處理中的應(yīng)用。最后設(shè)計了友好的圖形用戶界面，可以方便用戶更好的觀察處理結(jié)果，更好的理解圖像處理技術(shù)。 本文主要闡述了基于MATLAB的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)問題，為圖像處理的初學者和處理算法的研究人員提供一個算法演示及模擬開發(fā)的GUI平臺，供大家學習并研究圖像處理的技術(shù)方法。由此又可見系統(tǒng)的可擴展性。imshow(I0)。imhist(I3)。imhist(I2)。 imhist(I1)。% 顯示RGB空間的灰度直方圖，確定兩個聚類中心(180,180,180)和(200,200,200)figure(2)。 end end end figure(1)。 d2(j,i)=sqrt((myI(j,i,1)200)^2+(myI(j,i,2)200)^2+(myI(j,i,3)200)^2)。I0=zeros(y,x)。d2=d1。[y,x,z]=size(I)。I2=I(:,:,2)。)。代碼如下：I=imread(39。原始圖像如圖：1．進行模糊化處理2．wiene濾波3．灰度轉(zhuǎn)換4．提取邊界 由此可見，經(jīng)過CANNY算子下邊界提取，文字十分明顯。 分割文字為了體現(xiàn)不可控環(huán)境下的圖像處理與分析技術(shù)的應(yīng)用和實踐過程。根據(jù)色度學原理，將原圖像的灰度范圍分段，經(jīng)過紅、綠、藍三種不同變換、和，變成三基色分量、然后用它們分別去控制彩色顯示器的紅、綠、藍電子槍，便可以在彩色顯示器的屏幕上合成一幅彩色圖像。 頻率域偽彩色增強的方法是： 把黑白圖像經(jīng)傅立葉變換到頻率域，在頻率域內(nèi)用三個不同傳遞特性的濾波器分離成三個獨立分量；然后對它們進行逆傅立葉變換，便得到三幅代表不同頻率分量的單色圖像，接著對這三幅圖像作進一步的處理（如直方圖均衡化）。 彩色增強 頻域偽彩色增強、灰度分層法偽彩色變換 偽彩色增強是把黑白圖像的各個不同灰度級按照線性或非線性的映射函數(shù)變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像的技術(shù)。因此不能隨意地使用。理想高通有明顯振鈴現(xiàn)象，即圖像的邊緣有抖動現(xiàn)象；Butterworth高通濾波效果較好，但計算復(fù)雜，其優(yōu)點是有少量低頻通過，H(u，v)是漸變的，振鈴現(xiàn)象不明顯；指數(shù)高通效果比Butterworth差些，振鈴現(xiàn)象不明顯；梯形高通會產(chǎn)生微振鈴效果，但計算簡單，較常用。因此采用高通濾波器讓高頻成分通過，使低頻成分削弱，再經(jīng)逆傅立葉變換得到邊緣銳化的圖像。圖像的邊緣、細節(jié)主要位于高頻部分，而圖像的模糊是由于高頻成分比較弱產(chǎn)生的。它的傳遞函數(shù)為：它的性能介于理想低通濾波器和指數(shù)濾波器之間，濾波的圖像有一定的模糊和振鈴效應(yīng)。它的傳遞函數(shù)為：采用該濾波器濾波在抑制噪聲的同時，圖像邊緣的模糊程度較用Butterworth濾波產(chǎn)生的大些，無明顯的振鈴效應(yīng)。因此采用該濾波器濾波在抑制噪聲的同時，圖像邊緣的模糊程度大大減小，沒有振鈴效應(yīng)產(chǎn)生。 在具體增強應(yīng)用中，是給定的（所以可利用變換得到），需要確定的是，這樣具有所需特性的就可算出 而得到：卷積定理：增強圖像：步驟： a計算圖像的變換b在頻域濾波c反變換回圖像空間1．低通濾波（1）理想低通濾波器設(shè)傅立葉平面上理想低通濾波器離開原點的截止頻率為D0，則理想低通濾波器的傳遞函數(shù)為：由于高頻成分包含有大量的邊緣信息，因此采用該濾波器在去噪聲的同時將會導致邊緣信息損失而使圖像邊模糊。167。兩個卷積的最大值作為該點的輸出值，運算結(jié)果是一幅邊緣幅度圖像。 其特點是：1．在灰度均勻的區(qū)域或斜坡中間▽2f(x，y)為0，增強圖像上像元灰度不變；2．在斜坡底或低灰度側(cè)形成“下沖”；而在斜坡頂或高灰度側(cè)形成“上沖”。 拉普拉斯算子卷積核是一個二階算子，將在邊緣處產(chǎn)生一個陡峭的零交叉。第四種輸出形式 此方法將背景用一個固定的灰度級LB來表現(xiàn)，便于研究邊緣灰度的變化。第二種輸出形式式中T是一個非負的閾值。并且一階偏導數(shù)采用一階差分近似表示。 圖像銳化法最常用的是梯度法。不同形狀的窗口產(chǎn)生不同的濾波效果，使用中必須根據(jù)圖像的內(nèi)容和不同的要求加以選擇。一般來說，二維中值濾波器比一維濾波器更能抑制噪聲。一般很難事先確定最佳的窗口尺寸，需通過從小窗口到大窗口的中值濾波試驗，再從中選取最佳的。但它對點、線等細節(jié)較多的圖像卻不太合適。 2．中值濾波中值濾波是對一個滑動窗口內(nèi)的諸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原來灰度值，因此它是一種非線性的圖像平滑法。設(shè)有一幅NN的圖像f(x,y)，若平滑圖像為g(x,y),則有式中x,y=0,1,…,N1；s為（x,y）鄰域內(nèi)像素坐標的集合；M表示集合s內(nèi)像素的總數(shù)。假設(shè)圖像是由許多灰度恒定的小塊組成，相鄰像素間存在很高的空間相關(guān)性，而噪聲則是統(tǒng)計獨立的。 167。（7）計算輸出圖像直方圖，i=0,1,…,p1。（3）計算原始圖像直方圖，n為原始圖像總的像素數(shù)目；（4）計算累積分布函數(shù)。反變換關(guān)系為直方圖均衡化實現(xiàn)（1）列出原始圖像灰度級, j=0,1,…,k,…,L1。設(shè)r和s分別表示歸一化了的原圖像灰度和經(jīng)直方圖修正后的圖像灰度。得到一幅灰度直方圖為均勻分布的新圖像的方法。通過修改直方圖的方法增強圖像是一種實用而有效的處理技術(shù)。這種變換能對圖像的高灰度區(qū)給予較大的拉伸。當希望對圖像的低灰度區(qū)較大的拉伸而對高灰度區(qū)壓縮時，可采用這種變換，它能使圖像灰度分布與人的視覺特性相匹配。非線性灰度變換當用某些非線性函數(shù)如對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等，作為映射函數(shù)時，可實現(xiàn)圖像灰度的非線性變換。2．分段線性變換為了突出感興趣目標所在的灰度區(qū)間，相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)間，可采用分段線性變換。這時在顯示器上看到的將是一個模糊不清、似乎沒有灰度層次的圖像。]，如圖。1．線性變換令圖像f(i，j)的灰度范圍為[a,b]，線性變換后圖像g(i，j)的范圍為[a180。167。空間域增強是直接對圖像各像素進行處理；頻率域增強是將圖像經(jīng)傅立葉變換后的頻譜成分進行處理，然后逆傅立葉變換獲得所需的圖像。例如采用一系列技術(shù)有選擇地突出某些感興趣的信息，同時抑制一些不需要的信息，提高圖像的使用價值。本系統(tǒng)的菜單創(chuàng)建效果如圖所示: 167?？梢允褂?New Menu工tem工具來添加菜單項，每一個菜單項也可以有級聯(lián)的子菜單項。例如可以設(shè)置菜單的標簽、分隔符、選種模式以及回調(diào)函數(shù)字符串。設(shè)計好系統(tǒng)的界面以后，接下來就要利用Menu Edit對系統(tǒng)的菜單進行設(shè)計，創(chuàng)建菜單的第一步就是利用GUI的工具欄上的Menu Edit按鈕啟動相應(yīng)的窗口。上圖就是Guide提供的圖形界面設(shè)計工具集，在此界面下就可以利用控件組件、文本菜單、排列工具等對系統(tǒng)的界面進行設(shè)計。（1）啟動GUI的方法啟動圖形用戶界面的方法有很多種，例如可以利用工具欄上的命令按鈕，也可以采用菜單和命令的方式。該系統(tǒng)界面的設(shè)計主要是利用MATLAB所提供的GUI ( GraphUser Interface)向?qū)гO(shè)計完成的，該向?qū)Э梢詫崿F(xiàn)多種控件的設(shè)計，給用戶提供了一種友好的交互方式，同時也給操作帶來很多方便。由于本系統(tǒng)涉及的圖像處理功能很多，系統(tǒng)運行界面也很多，篇幅有限，系統(tǒng)的設(shè)計在此不一一進行論述，只對其總有代表性的圖像增強模塊的設(shè)計進行闡述。 系統(tǒng)的各種處理功能的實現(xiàn)基本上是四個過程。 3．命令按鈕是執(zhí)行運算操作的最主要控件，處理程序主要是放在其相應(yīng)的M函數(shù)內(nèi)部。對菜單的編程主要是調(diào)用系統(tǒng)中的其它M函數(shù)文件。各個功能對應(yīng)的M函數(shù)文件，由一個主文件將它們聯(lián)成一個整體，最終形成處理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由若干個運行界面和相應(yīng)的M函數(shù)文件所組成，每一個運行界面對應(yīng)的程序構(gòu)成一個M文件。第四章系統(tǒng)的詳細設(shè)計 系統(tǒng)的程序設(shè)計采用MATLAB編程語言來實現(xiàn)。 整個系統(tǒng)主要包括以下的功能模塊:（1）圖像基本操作模塊 可以對圖像進行打開、退出基本操作，灰度圖，彩色圖，二值圖的轉(zhuǎn)換；（2）圖像變換模塊 可以對圖像進行傅立葉變換、離散余弦變換和Radon變換操作；（3）圖像增強模塊 可以對圖像包括點運算、空間域濾波、頻域濾波和彩色增強操作，其中點運算又包括灰度變換和直方圖調(diào)整，空間域濾波又包括圖像的平滑濾波、銳化濾波，頻域濾波又包括圖像的低通濾波、高通濾波，彩色增強又包括圖像的頻域偽彩色增強、灰度分層法偽彩色變換；（4）幾何變換模塊 可以對圖像進行旋轉(zhuǎn)、縮小、移動、水平鏡像、垂直鏡像、對角鏡像、綜合操作；（5）壓縮編碼模塊 可以對圖像進行包括DW編碼、基于小波變換編碼，和線性預(yù)測編碼操作；（6）圖像復(fù)原模塊 可以對圖像自適應(yīng)性維納濾波法、WIENER濾波法等復(fù)原操作；（7）數(shù)學形態(tài)學模塊 可以對圖像進行開運算、閉運算、膨脹、腐蝕等操作；（8）圖像分割模塊 可以對圖像進行分割操作，包括基于閾值法分割和邊緣檢測分割。圖像處理模塊是本系統(tǒng)的核心。167。為了使菜單項簡潔，在一個窗口中只列出了同一大類包括的各個算法的菜單條。窗口中的菜單來實現(xiàn)各功能窗口的轉(zhuǎn)換，起到導航作用，用戶只需點擊菜單項就可進入到相應(yīng)功能的用戶操作界面。窗口的標題欄用十給窗口取名，其名稱與實現(xiàn)的算法功能相一致?？紤]到用戶是初學者可能是非專業(yè)計算機人員，所以界面的設(shè)計與使用十分方便，大多數(shù)功能均采用菜單按鈕，用戶只需要利用鼠標或鍵招就能方便地操作它?，F(xiàn)在，圖形界面已在人機交互方式中占主導地位，這主要是由十它給用戶帶來了操作和控制的方便與靈活性。主要的下拉菜單如圖所示。每一個菜單相應(yīng)的會有幾個子菜單，子菜單又會相應(yīng)的再分，其對應(yīng)的就是每一部分圖像處理的算法，我們這里以圖像變換中的傅立葉變換為例，通過主窗口單擊圖像變換操作，選擇傅立葉變換，進入到傅立葉變換窗口界面，如圖所示。1．系統(tǒng)界面簡介本界面設(shè)計的總體思路是在主窗口中，建立各種圖像處理的菜單，通過單擊菜單去調(diào)用一個程序來實現(xiàn)相應(yīng)的操作。我們將按照數(shù)字圖像處理技術(shù)涉及的各個方法來設(shè)計系統(tǒng)的整體框架，整個系統(tǒng)主要由如下10個模塊及其子模塊組成，其中子模塊又可以再分下去，為了使框架圖清晰明了，這里的子模塊再分就不在這里描述了，在具體的設(shè)計中會有詳細的描述。2．系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)處理功能強大，能進行以下方面