【正文】 信息量）的圖象為均衡化圖象。直方圖均衡化的意義是：通過處理以后使得分布在每一個(gè)灰度等級上的象素個(gè)數(shù)相等或基本相等。檢索圖象亮度增強(qiáng)、減弱后的圖象如圖 、 所示： 沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 亮度增強(qiáng)后的圖象 圖 亮度減弱后的圖象 均衡化 灰度直方圖均衡化 是很經(jīng)典且很有效的圖象增強(qiáng)技術(shù)，其基本原理是；對一幅圖象的灰度直方圖，經(jīng)過一定的變換之后，使其成為均勻或基本均勻的。這里我們只用空域法來對圖像進(jìn)行處理。 圖象增強(qiáng)的方法有兩大類；一類是空域法，空域是指圖 象平面本身，此類方法是直接將圖象中的象素進(jìn)行處理；另一類是頻域法，此類方法是將圖象看做波，然后利用信號處理中的手段對圖象波進(jìn)行處理。 總的來說， MATLAB 軟件有三大 優(yōu) 點(diǎn) ： 一是功能強(qiáng)大 ， 具有數(shù)值計(jì)算和符號計(jì)算、計(jì)算結(jié)果和編程可視化、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計(jì)算等功能；二是界面友善、語言自然 ， MATLAB 以復(fù)數(shù)處理作為計(jì)算單元，指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書 的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近；三是開放性強(qiáng) ， MATLAB 的這些特點(diǎn)使它獲得了對應(yīng)用學(xué)科（特別是邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科）的極強(qiáng)適應(yīng)力，并很快成為應(yīng)用學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、教學(xué)，乃至 數(shù)字圖像 處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件 。 Simulink 模型可以用來模擬幾乎所有的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，如模擬線性或非線性、連續(xù)或離散或兩者的混合系統(tǒng)。作為 MATLAB 的一個(gè)附加組 件 Simulink 用來提供一個(gè)系統(tǒng)級的建模與動(dòng)態(tài)仿真工作平臺。由于自控實(shí)驗(yàn)用的 TP80CS 模擬機(jī)的各典型環(huán)節(jié)已經(jīng)集成 ,可改參數(shù)有限 , 使得實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性為主 , 而且操作復(fù)雜。 傳統(tǒng)的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)在 TP80CS 型硬件模擬機(jī)上完成 , 其內(nèi)部用運(yùn)算放大器、 電阻、電容等模擬器件構(gòu)成了比例、積分、一階慣性等典型環(huán)節(jié)。 vc 的編程比較困難，但是它的執(zhí)行效率高，速度快，所以要是開發(fā)實(shí)用程序的話，還是用 vc，要是僅僅在研究的意義上做的話，還是用 MATLAB 來得快些。所以如果它的處理結(jié)果你可以接受，當(dāng)然直接使用其函數(shù)是最方便的。 與其它的圖像處理工具相比， MATLAB 語言近似于 c 語言，簡單易學(xué)，且編輯程序毋需編譯即可運(yùn)行，操作方便快捷。和其他工具包一樣，用戶還可以根據(jù)需要書寫自己的函數(shù)，以滿足特定的需要。 MATLAB 內(nèi)帶有專門的圖像 處理 工具包，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：幾何操作、區(qū)域操作和塊操作；線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)；變換（ DCT 變換）； 圖像 分析和增強(qiáng)；二值 圖像 操作等 。邊緣處理可以改變圖象的清晰程度 , 使圖象滿足特定沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 的要求 。首先 , 與許多其它圖象處理軟件一樣 ,設(shè)計(jì)一套簡單易用的繪圖工具 , 可實(shí)現(xiàn)一些基本的繪圖功能以及交互式顏色、畫筆模式、畫刷模式選擇 , 坐標(biāo)、顏色跟蹤等 功能。應(yīng)用 MATLAB可以很容易地進(jìn)行工作 ,學(xué)生就可以將精力放在計(jì)算結(jié)果的分析和理解上而不是放在編寫程序上 ,這樣對學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握非常有幫 助。 MATLAB教學(xué)演示覆蓋全部的教學(xué)內(nèi)容 ,加深學(xué)生對基本概念的理解 ,如信號和系統(tǒng)的傅立葉分析、卷積運(yùn)算、濾波器設(shè)計(jì)、 信號濾波等教學(xué)要點(diǎn)都得到了驗(yàn)證。通過 DSP硬件仿真環(huán)境 CCS ,可以看到動(dòng)態(tài)仿真過程 ,經(jīng)調(diào)試后可以把算法代碼直接下載到 DSP 芯片系統(tǒng)中運(yùn)行 。另一途徑就是引入 DSP器件 ,對算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn) ,特別是實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。 鑒于 MATLAB 有如此強(qiáng)大的功能，結(jié)合數(shù)字信號處理、自動(dòng)控制以及數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)， MATLAB 軟件不僅僅能滿足這些課程實(shí)驗(yàn)的需求，而且具有其他軟件所無法比擬的優(yōu)勢，因此利用 MATLAB 軟件完成對本平臺的設(shè)計(jì)是最佳選擇。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。在線性系統(tǒng)中，又分別按連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)來解，不過，這兩類系統(tǒng)的算法有很多相似點(diǎn)，往往可以用 MATLAB 來 實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，凡是可能的場合下，人們往往也利用小偏差線性化的方法，把某些非線性系統(tǒng)近似為線性系統(tǒng)來求解。 自動(dòng)控制系統(tǒng)通常是由基于機(jī)、電、光、化、熱、等不同物理原理的部件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，用它來實(shí)現(xiàn)對某種物理量的精確控制。 MATLAB 語言是一種廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級語言，MATLAB 功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)、編程效率高，深受廣大科技工作者的歡迎。 學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)，普遍感到數(shù)字信號處理的概念抽象，對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。 (2)要求掌握的基礎(chǔ)知識強(qiáng)，信號與系統(tǒng)是本課程的理論基礎(chǔ)。 本演示 平臺 主要研究的內(nèi)容 本系統(tǒng)從電子信息課程中典型 實(shí)驗(yàn)入手，對主要實(shí)驗(yàn)加以實(shí)現(xiàn)并能夠動(dòng)態(tài)演示，考慮到實(shí)驗(yàn)的代表性，綜合性，選取了以下幾門課程的實(shí)驗(yàn)。它 所能夠解決的問題包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程組的求解、符號運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作 以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。 MATLAB 是集數(shù)值計(jì) 算 、符號運(yùn)算及圖形處理等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計(jì)算語言。它以 解釋方式工作，鍵入程序立即得出 結(jié)果，人機(jī)交互性好，深受人們喜愛。與其他計(jì)算機(jī)語言相比，其特點(diǎn)是簡潔和智能化。沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 概述 課題來源 及意義 在實(shí)際的教學(xué)中，數(shù)字信號處理、自動(dòng)控制原理以及數(shù)字圖像處理的內(nèi)容廣泛，概念抽象，課時(shí)數(shù)少，長期的黑板教學(xué)很難使學(xué)生對課程的內(nèi)容有清晰的認(rèn)識，難以將理論和實(shí)踐相結(jié)合，給同學(xué)的學(xué)習(xí)和老師的教學(xué)帶來很大的不便，學(xué)生在學(xué)習(xí) 這部分 內(nèi)容 時(shí) 存在很多的問題。 MATLAB 是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，專門針對科學(xué)、工程計(jì)算及繪圖的需求。適 應(yīng)專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，使得編程和調(diào)試效率大大提高。因此， MATLAB 語言在國外的大學(xué)工學(xué)院中， 特別是數(shù)值計(jì)算用得最頻繁的電子信息類科學(xué)中， 它大大提高了課程教學(xué)、解題作業(yè)、分析研究的效率。作為的強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算平臺，它幾乎能夠滿足所有的計(jì)算要求。因此 MATLAB 能夠較好的將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來，可以給教學(xué)和學(xué)習(xí)帶來很大的方便。 數(shù)字信號處理主要研究的內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1） 時(shí)域離散信號的產(chǎn)生及時(shí)域處理 2） Z 變換和傅立葉變換 沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 3） 離散傅立葉變換 4） FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 5） IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 自動(dòng)控制原理主要研究的內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1）動(dòng)態(tài)分析特性和時(shí)域分析函數(shù) 2）系統(tǒng)的頻域 分析函數(shù) 3）系統(tǒng)的 狀態(tài)空間分析函數(shù) 數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1) 圖像變換 2) 圖像編碼壓縮 3) 圖像增強(qiáng)和復(fù)原 4) 圖像分割 5) 圖像描述 沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 總體設(shè)計(jì) 課題分析 《數(shù)字信號處理》課程是一門理論和技術(shù)發(fā)展十分迅速、應(yīng)用非常廣泛的前沿性學(xué)科，他的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)， 它 的特點(diǎn)是： (1)要求的數(shù)學(xué)知識多，包括高等代數(shù)、數(shù)值分析、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程等。 (3)與其他學(xué)科密切相 關(guān)，即與通信理論、計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)不可分，又是人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)之一。因此，如何幫助學(xué)生理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，是本 科 教學(xué)中所要解決的關(guān)鍵問題。特別是 MATLAB還 具有信號分析工具箱，不需具備很強(qiáng)的編程能力，就可以很方便地進(jìn)行信號分析、處理和設(shè)計(jì)。用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方法對系統(tǒng)進(jìn)行描述時(shí)，可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。而 MATLAB 也著重于線性系統(tǒng)的算法。 MATLAB 對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集或工具箱。目前， MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、地圖分析、系統(tǒng)識別、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 LMI 控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 、定點(diǎn)仿真、 DSP 與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱家族中有了自己的一席之地。 方案論證 目前 ,國內(nèi)外在數(shù)字信號處理課程的改革 ,主要沿著兩條途徑 :一是使用 MATLAB等工具軟件 ,實(shí)現(xiàn)算法仿真 。 利用 MATLAB 強(qiáng)大的 數(shù)值計(jì)算和信號處理功能 ,可以很方便地得到設(shè)計(jì)結(jié)果 ,并能直觀地分析和比較濾波器的各項(xiàng)性能指標(biāo)以及各種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)劣 ,為學(xué)生理解算法和簡化運(yùn)算帶來了極大的方便。而 MATLAB是一種功能強(qiáng)大 、 使用較為簡單的工具軟件 , MATLAB中數(shù)字信號處理工具箱的運(yùn)用使得數(shù)字信號處理的應(yīng)用更為普及和廣泛 。實(shí)踐證 明 :MATLAB仿真 ,使得抽象的內(nèi)容變得生動(dòng)、直觀 ,提高 了 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。 在數(shù)字圖像處理中，常利用 VC++語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)，著眼于邊緣處理和濾波去噪處理， 從功能上可分為兩大模塊。其次是圖象處理模塊 ,處理功能中主要包括邊緣處理 , 如增強(qiáng)、平滑功能和幾種濾波器的實(shí)現(xiàn) , 如高斯差分濾波器、中值濾波器和均勻?yàn)V波器等 , 用于濾波去噪處理。但用 VC++語言復(fù)雜，編程困難，不易于在教學(xué)中推廣。 圖像處理工具包的函數(shù)，按 功能可以分為以下幾類： 圖像 顯示； 圖像 文件輸入與輸出；幾何操作；象素值和統(tǒng)計(jì)； 圖像 分析與增強(qiáng)； 圖像 濾波；線性二維濾波器設(shè)計(jì)； 圖像 變換；領(lǐng)域和塊操作；二值 圖像 操作；顏色映射和顏色空間轉(zhuǎn)換； 圖像 類型和類型轉(zhuǎn)換；工具包參數(shù)獲取和設(shè)置等。也可以將這個(gè)工具包和信號處理工具包或小波工具包等其他工具包聯(lián)合起來使用。 MATLAB 提供一些現(xiàn)成的函數(shù)可以 使用，但是它的很多算法與傳統(tǒng)的算法有區(qū)別，比如參數(shù)的選擇。如果不能直接使用的話， MATLAB也需要寫程序，不過一般來說這種解釋型的程序相對比較好寫。 因此，本設(shè)計(jì)利用 MATLAB 來進(jìn)行圖像處理工具箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是簡單且行之有效的。實(shí)驗(yàn)時(shí) ,把系統(tǒng)分解成各典型環(huán)節(jié)的串聯(lián)形式 , 然后在模擬機(jī)上把表示相應(yīng)典型環(huán)節(jié)的模塊連接起來 , 通過示波器觀察系統(tǒng)的響應(yīng)和各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。 MATLAB 語言所提供的強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算、符號運(yùn)算和圖形處理適用于工程應(yīng)用領(lǐng)域的分析、設(shè)計(jì)和復(fù)雜計(jì)算。用模塊組合的方法 使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型。利用 Simulink 進(jìn)行自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)的仿真，把仿真試驗(yàn)和實(shí)際的試驗(yàn)箱操作實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，可以激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)意識，沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 有利于學(xué)生理論和實(shí)踐結(jié)合，同時(shí)可以彌補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中的某些局限和誤差。 實(shí)驗(yàn)演示平臺 模塊設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)演示 平臺 各 模 塊 設(shè)計(jì) 如 圖 、 、 、 所示 ： 圖 演示平臺結(jié)構(gòu)框圖 圖 自動(dòng) 控制原理模塊 結(jié)構(gòu)框圖 自動(dòng)控制原理 加權(quán)系數(shù)對二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器的影響 附加零點(diǎn) 對二階連續(xù)系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的影響 附加極點(diǎn)對二階連續(xù)系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的影響 演示平臺 數(shù)字信號處理 自動(dòng)控制原理 數(shù)字圖像處理 沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 數(shù)字信號處理模塊 結(jié)構(gòu)框圖 圖 數(shù)字圖像處理模塊 結(jié)構(gòu)框圖 數(shù)字信號處理 序列的移位和周期延 拓 由離散序列恢復(fù)模擬信號 DFT 切比雪夫Ⅱ型低通濾波器設(shè)計(jì) remez函數(shù)設(shè)計(jì)高通濾波器 時(shí)域離散信號的產(chǎn)生及時(shí)域處理 IIR 濾波器設(shè)計(jì) 離散傅里葉變換 FIR 濾波器設(shè)計(jì) Z 變換和傅立葉變換 亮度增強(qiáng) 數(shù)字圖像處理 圖像增強(qiáng) 圖像恢復(fù) 圖像分析 圖像變換 均衡化 灰度 低通濾波 加白噪聲 加散彈噪聲 中值濾波 模糊與恢復(fù) 直方圖 邊界提取 密度限幅 高通濾波 縮放 旋轉(zhuǎn) 灰度變換 DCT變換 換 沈陽航空工業(yè)學(xué)院電子 信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3 章 詳細(xì)設(shè)計(jì) 數(shù)字 圖像 處理模塊 的設(shè)計(jì) 圖象增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)是指根據(jù)特定的需要突出圖像中的重要信息，減弱或去除不需要的信息，從而更容易對圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測。空域技術(shù)是基于灰度級映射變換；頻域技術(shù)的基礎(chǔ)是卷積定理。 原圖象 如圖 所示 ： 圖 檢索圖象 亮度增強(qiáng) 亮 度增強(qiáng)是將檢索圖象的亮度增強(qiáng)或減弱。圖象的灰度直方圖是圖象中各象