【正文】 分辨率。在公共安全方面，人像、指紋及其他痕跡的處理和識(shí)別，以及交通監(jiān)控、事故分析等都在不同程度上使用了圖像增強(qiáng)技術(shù)。隨著對(duì)圖像技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展，新的圖像增強(qiáng)方法不斷出現(xiàn)。同時(shí)利用直方圖均衡技術(shù)的圖像增強(qiáng)也有許多新的進(jìn)展：例如提出了多層直方圖結(jié)合亮度保持的均衡算法、動(dòng)態(tài)分層直方圖均衡算法。 Matlab 名字由 MATrix 和 LABoratory 兩詞的前三個(gè)字母組合 而成。 經(jīng) 校 園廣泛使用 ，由 Little、 Moler、 Steve Bangert 合作，于 1984 年成立了MathWorks 公司，并把 MATLAB 正式推向市場(chǎng)。 到九十年代初期，在國(guó)際上 30 幾個(gè)數(shù)字類科技應(yīng)用軟件中， Matlab 在數(shù)值第二章 Matlab 的 簡(jiǎn)介 7 計(jì)算方面獨(dú)占鰲頭，而 Mathematica 和 Maple 則分居符號(hào)計(jì)算軟件的前兩名。 版在繼承和發(fā)展其原有的數(shù)值計(jì)算和圖形可視能力的同時(shí)，出現(xiàn)了以下幾個(gè)重要變化： （ 1） 推出了 SIMULINK，一個(gè)交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。一個(gè)以 Maple 為“引擎”的 Symbolic Math Toolbox 。 （ 3） 構(gòu)作了 Notebook 。從 1997 年春的 版起，后歷經(jīng) 、 、 、 、 等多個(gè)版本的不斷改進(jìn)， MATLAB“面向?qū)ο蟆钡奶攸c(diǎn)愈加突出，數(shù)據(jù)類型愈加豐富，操作界面愈加友善。 第二章 Matlab 的簡(jiǎn)介 MATLAB 是建立在向量、數(shù)組和矩陣基礎(chǔ)上的一種分析和仿真工具軟件包，包含各種能夠進(jìn)行常規(guī)運(yùn)算的 “工具箱 ”，如常用的矩陣代數(shù)運(yùn)算、數(shù)組運(yùn)算、方程求根、優(yōu)化計(jì)算及函數(shù)求導(dǎo)積分符號(hào)運(yùn)算等；同時(shí)還提供了編程計(jì)算的編程特性，通過(guò)編程可以解決一些復(fù)雜的工程問(wèn)題；也可繪制二維、三維圖形，輸出結(jié)果可視化。 Matlab 主要功能 它是一種用于算法開(kāi) 發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。 高級(jí)語(yǔ)言可用于技術(shù)計(jì)算； 開(kāi)發(fā)環(huán)境可對(duì)代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等；二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)；各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面；各種函數(shù)可將基于 matlab 的算法與外部應(yīng)用程序和語(yǔ)言； 其 應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通迅、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)， MATLAB 的用戶界面也越來(lái)越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較 完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（ M 文件）后再一起運(yùn)行。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。 科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個(gè)包含大量算法的集合。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和 差 錯(cuò)處理。在計(jì)算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會(huì)大大減少。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn) 算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)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(wèn)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。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖。新版本的 MATLAB 對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在 一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等）， MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。另外新版本的 MATLAB 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。 Matlab 函數(shù) 與數(shù)據(jù)類型 它 提供了以下類型的函數(shù)，用于執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析 : 10 多項(xiàng)式和內(nèi)插 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì) 附加的工具箱提供了專門的數(shù)學(xué)計(jì)算函數(shù)，用于包括信號(hào)處理、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、符號(hào)數(shù)學(xué)、偏微分方程求解以及曲線擬合在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域。 整型 通過(guò) intmax(class)和 intmin(class) 函數(shù)返回該類整型的最大值和最小值，例如 intmax(‘ int8’ )=127 浮點(diǎn)數(shù) REALMAX(39。)和 REALMAX(39。)分別返回雙精度浮點(diǎn)和單精度浮點(diǎn)的最大值， REALMIN(39。)和 REALMIN (39。)分別返回雙精度浮點(diǎn)和單精度浮點(diǎn)的最小值。字符串存儲(chǔ)為字符數(shù)組，每個(gè)元素占用一個(gè) ASCII 字符。構(gòu)成矩陣或向量的行字符串長(zhǎng)度必須相同。 常用的字符操作函數(shù) findstr(s1,s2) 搜索字符串 ischar(s) 判斷是否字符串 strcmp(s1,s2) 比較字符串是否相同 strncmp(s1,s2,n) 比較字符串中的前 n 個(gè)字符是否相同 第二章 Matlab 的 簡(jiǎn)介 11 strrep(s1,s2,s3) 將 s1 中的字符 s2 替換為 s3 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。學(xué)科工具包是專業(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。 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)特定類型的問(wèn)題。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。 1) 圖像文件格式的讀寫和顯示。圖像寫出函數(shù) imwrite () ,還有圖像顯示函數(shù) image ( ) 、imshow( ) 等等。 MATLAB 提供了圖像的和、差等線性運(yùn)算 ,以及卷積、相關(guān)、濾波等非線性運(yùn)算。 12 3) 圖像變換。 4) 圖像的分析和增強(qiáng)。 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。 第三章 Matlab 圖像增強(qiáng) 13 第三章 Matlab 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)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。 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?？沼?yàn)V波器包括：線性濾波器和非線性濾波器。銳化的目的在于增強(qiáng)圖像邊緣，以及對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別和處理。平滑線性空間濾波器的輸出（響應(yīng)）是包含在濾波掩模鄰域內(nèi)像素的簡(jiǎn)單平均值。平滑濾波器的概念很簡(jiǎn)單：它是用濾波掩模確定的領(lǐng)域內(nèi)像素的平均值去代替圖像每個(gè)像素點(diǎn)的值。每個(gè)掩模前邊的乘數(shù)等于它的系數(shù)值的和，以計(jì)算平均值。例如：在matlab 中利用線性平滑濾波器 處理一副圖像 I=imread(39。)。salt amp。,)。原圖像 39。添加椒鹽噪聲圖像 39。average39。 %應(yīng)用 3*3 鄰域窗口法 subplot(223),imshow(K1) K2=filter2(fspecial(39。,7),J)/255。 中值濾波器的窗口可以取方形，圓形，十字形等。clear。39。 temp= fread(fid, [256,256])。)。 title(39。) subplot(1,3,2) Imshow(smoothingMedianFilter(LenaRaw,3))。自制函數(shù)，使用用 3*3 模板，中值濾波圖像 39。 title(39。) 第三章 Matlab 圖像增強(qiáng) 15 銳化 濾波器 銳化處理主要目的是突出圖像中的細(xì)節(jié)或者增強(qiáng)被模糊了的細(xì)節(jié)，這種模糊不是由于錯(cuò)誤操作，就是特殊圖像獲取方法的固有影響。 其中微分法中梯度是圖像處理常用的一次微分方法，在灰度驟變區(qū)域，梯度值大 ，在灰度相似區(qū)域，梯度值小。 而對(duì)于模板匹配法則是出去能夠增強(qiáng)圖像邊緣外，還具有平滑噪聲的優(yōu)點(diǎn)。低通濾波器的作用就是濾除這些高頻分量，保留低頻分量，使圖像信號(hào)平滑。 例如：頻域增強(qiáng) I=imread(39。)。salt amp。,)。含噪聲的圖像 39。 f=fft2(J)。 [M,N]=size(f)。d0=20。n2=floor(N/2)。 h=1/(1+*(d/d0)^(2*n))。 end 16 end g=ifftshift(g)。 subplot(122),imshow(g) title(39。) 高通濾波器 與低通濾波器相反，它將高頻信號(hào)通過(guò)，而抑制了低頻信號(hào)。 Matlab 圖像增強(qiáng)函數(shù) Matlab 中圖像增強(qiáng)函數(shù)的具體使用方法： （ 1）直方圖 imhist 函數(shù)用于數(shù)字圖像的直方圖顯示，如： i=imread(39。)。 （ 2）直方圖均化 histeq 函數(shù)用于數(shù)字圖像的直方圖均化，如： i=imread(39。)。 （ 3）對(duì)比度調(diào)整 imadjust 函數(shù)用于數(shù)字圖像的對(duì)比度調(diào)整，如： i=imread(39。)。 （ 4） 對(duì)數(shù)變換 log 函數(shù)用于數(shù)字圖像的對(duì)數(shù)變換，如： i=imread(39。)。 k=log(v)。e:\39。 h=[1,2,1。1,2,1]。 （ 6） 線性濾波 利用二維卷積 conv2 濾波 , 如 : i=imread(39。)。1,1,1。 h=h/9。 （ 7）中值濾波 medfilt2 函數(shù)用于圖像的中值濾波，如： i=imread(39。)。 （ 8）銳化 e:\39。 h=[1,2,1。1,2,1]。 Matlab 應(yīng)用于數(shù)字圖像增強(qiáng)和濾波 目的 1）熟悉灰度圖像讀入函數(shù) imread 和圖像顯示函數(shù) imshow。 (注意進(jìn)行運(yùn)算前類型為 uint8的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為 double 類型 )。 4）熟悉使用 imhist 函數(shù)顯示圖像直方圖。 6） 掌握加噪函數(shù) imnoise 函數(shù)。 18 內(nèi)容 根據(jù)簡(jiǎn)單的函數(shù)映射規(guī)則編寫程序 ,完成圖像求反、增強(qiáng)對(duì)比度、降低對(duì)比度。 2）對(duì)原始圖像求反 ,即 轉(zhuǎn)換為 黑色 或 白色 ,形成底片效果 ,結(jié)果賦值給矩陣 D1。 3）對(duì)原始圖像 D 降低對(duì)比度 ,結(jié)果賦值給矩陣 D2。 4）對(duì)降低對(duì)比度后的圖像 D2 增強(qiáng)對(duì)比度 , 結(jié)果賦值給矩陣 D3,要求與原始圖像外觀類似。 6）對(duì)降低對(duì)比度后圖像矩陣 D2 使用 histeq 函數(shù)進(jìn)行直方圖均衡化 ,結(jié)果賦值給矩陣 D4。 Dimread(39。)。 D=1D D=(floor(D255/2)/255)。 figure,subplot(4,2,1),imshow(D title(39。)。 title(39。)。 title(39。)。 title(39。)。 title(39。)。 title(39。)。 title(39。)。降低對(duì)比度圖像直方圖 39。 figure,subplot(1,2,1),imshow(D2)。降低對(duì)比度圖像 39。 subplot(1,2,2),imshow(D4)。直方圖均衡化圖像 39。 以下將所有代碼寫成名為 ，存盤。 1）在 MATLAB 中讀入名為 的圖像給矩陣 X，將 X 強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為double，最大值歸一化并顯示 X。要求噪聲為零均值，方差 的高斯噪聲。 4）使用以上給出的銳化濾波模板和 conv2 函數(shù)對(duì)圖像 X 進(jìn)行銳化濾波即邊緣增強(qiáng)，輸出圖像 Y2 并顯示。