【正文】 圖像變換灰度變換直方圖修正圖像平滑圖像退化偽彩色加強(qiáng) 圖像增強(qiáng)圖 像 處 理 系 統(tǒng)旋轉(zhuǎn)縮小移動(dòng)水平鏡像垂直鏡像對(duì)角鏡像綜合 幾何變換基于小波變換線性預(yù)測(cè)編碼DW編碼 壓縮編碼自適應(yīng)性維納濾波WIENER濾波 圖像復(fù)原開運(yùn)算閉運(yùn)算膨脹腐蝕 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)閾值法邊緣檢測(cè) 圖像分割紋理特征分析邊界提取 圖像特征分析 實(shí)例 總體框架圖167。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。 主窗口界面中各項(xiàng)操作均為菜單操作，點(diǎn)擊某個(gè)按鈕，則對(duì)所選擇的圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理。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。圖形用戶界面在程序開發(fā)中起著舉足輕重的作用。 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(shuō)明等。說(shuō)明該窗口可以做什么工作。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)的窗口中的控件主要設(shè)計(jì)有:可編輯文本框、下拉式列表框、復(fù)選框、命令按鈕、彈出式菜單和坐標(biāo)軸等。 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。圖像處理模塊所實(shí)現(xiàn)的主要功能是不同算法的處理，用戶可以選擇其中某個(gè)算法進(jìn)行相應(yīng)處理，對(duì)處理后的圖像進(jìn)行觀察分析，對(duì)算法進(jìn)行比較，針對(duì)不同用途應(yīng)用不同方法，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)可以更好的理解圖像處理技術(shù)，對(duì)于算法研究人員來(lái)說(shuō)可以更有效的進(jìn)行深入研究開發(fā)。（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(lái)體現(xiàn)圖像處理和分析的應(yīng)用。利用MATLAB的圖形用戶界面(GUI)來(lái)設(shè)計(jì)一程序運(yùn)行的界面。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)。 在程序設(shè)計(jì)中，對(duì)各處理功能的M文件，其共同之處有以下幾個(gè)方面: 1．使用菜單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)各功能窗口的轉(zhuǎn)換，起導(dǎo)航作用。 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。實(shí)現(xiàn)上編寫程序最主要是對(duì)命令按鈕進(jìn)行編程。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。167。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。在本人設(shè)計(jì)的案例中采用的是命令方式:在命令窗口直接輸入guide命令，彈出的窗口如圖所示:在彈出的guide quick start窗口中選擇create new gui選項(xiàng)卡里面的Blank GUI選項(xiàng)，這樣就可以進(jìn)入圖形用戶界面來(lái)設(shè)計(jì)我們的系統(tǒng)靜態(tài)界面。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。然后使用New Menu工具欄來(lái)創(chuàng)建菜單，然后可以指定菜單的屬性。第二步就是創(chuàng)建菜單項(xiàng)。如果想要定義快捷菜單可以使用NewContext Menu工具來(lái)進(jìn)行創(chuàng)建。(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(jué)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。 圖像增強(qiáng)方法從增強(qiáng)的作用域出發(fā)，可分為空間域增強(qiáng)和頻率域增強(qiáng)兩種。 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。 灰度變換和直方圖調(diào)整 灰度變換灰度變換可調(diào)整圖像的灰度動(dòng)態(tài)范圍或圖像對(duì)比度，是圖像增強(qiáng)的重要手段之一。,b180。 g(i，j)與f(i，j)之間的關(guān)系式為： 在曝光不足或過(guò)度的情況下，圖像灰度可能會(huì)局限在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。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(jué)效果。設(shè)原圖像f(x,y)在[0，Mf],感興趣目標(biāo)的灰度范圍在[a,b],欲使其灰度范圍拉伸到[c,d],則對(duì)應(yīng)的分段線性變換表達(dá)式為 通過(guò)細(xì)心調(diào)整折線拐點(diǎn)的位置及控制分段直線的斜率，可對(duì)任一灰度區(qū)間進(jìn)行拉伸或壓縮。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)。②指數(shù)變換指數(shù)變換的一般表達(dá)式為這里參數(shù)a,b,c用來(lái)調(diào)整曲線的位置和形狀。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。直方圖修整法包括直方圖均衡化及直方圖規(guī)定化兩類。下面先討論連續(xù)變化圖像的均衡化問(wèn)題，然后推廣到離散的數(shù)字圖像上。即 在[0,1]區(qū)間內(nèi)的任一個(gè)r值，都可產(chǎn)生一個(gè)s值，且 T(r)作為變換函數(shù)，滿足下列條件：①在內(nèi)為單調(diào)遞增函數(shù)，保證灰度級(jí)從黑到白的次序不變；②在內(nèi)，有，確保映射后的像素灰度在允許的范圍內(nèi)。（2）統(tǒng)計(jì)各灰度級(jí)的像素?cái)?shù)目，, j=0,1,…,k,…,L1。（5）應(yīng)用轉(zhuǎn)移函數(shù)，計(jì)算映射后的灰度級(jí),（6）統(tǒng)計(jì)映射后各灰度級(jí)的像素?cái)?shù)目, i=0,1,…,p1。（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。 平滑濾波、銳化濾波1．平滑濾波 局部平滑法是一種直接在空間域上進(jìn)行平滑處理的技術(shù)。因此，可用鄰域內(nèi)各像素的灰度平均值代替該像素原來(lái)的灰度值，實(shí)現(xiàn)圖像的平滑。可見(jiàn)鄰域平均法就是將當(dāng)前像素鄰域內(nèi)各像素的灰度平均值作為其輸出值的去噪方法。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。對(duì)中值濾波法來(lái)說(shuō)，正確選擇窗口尺寸的大小是很重要的環(huán)節(jié)。一維中值濾波的概念很容易推廣到二維。二維中值濾波器的窗口形狀可以有多種，如線狀、方形、十字形、圓形、菱形等（見(jiàn)圖）。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(zhǎng)的物體圖像，而十字形窗口對(duì)有尖頂角狀的圖像效果好。對(duì)于圖像f(x，y)，在(x，y)處的梯度定義為 梯度是一個(gè)矢量，其大小和方向?yàn)閷?duì)于離散圖像處理而言，常用到梯度的大小，因此把梯度的大小習(xí)慣稱為“梯度”。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。適當(dāng)選取T，可使明顯的邊緣輪廓得到突出，又不會(huì)破壞原來(lái)灰度變化比較平緩的背景第三種輸出形式 它將明顯邊緣用一固定的灰度級(jí)LG來(lái)表現(xiàn)。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。LOG 算子先用高斯低通濾波器將圖像進(jìn)行預(yù)先平滑，然后用拉普拉斯算子找到圖中的陡峭邊緣，最后用零灰度值進(jìn)行二值化產(chǎn)生閉合的、聯(lián)通的輪廓，消除了所有內(nèi)部點(diǎn)。 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。Sobel 算子對(duì)灰度漸變和噪聲較多的圖像處理得較好。 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) 。（2）Butterworth低通濾波器n階Butterworth濾波器的傳遞函數(shù)為：它的特性是連續(xù)性衰減，而不象理想濾波器那樣陡峭變化，即明顯的不連續(xù)性。（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。（4）梯形低通濾波器梯形低通濾波器是理想低通濾波器和完全平滑濾波器的折中。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(lái)增強(qiáng)邊緣。頻率域銳化就是為了消除模糊，突出邊緣。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。 一般來(lái)說(shuō)，不管在圖像空間域還是頻率域，采用高頻濾波不但會(huì)使有用的信息增強(qiáng)，同時(shí)也使噪聲增強(qiáng)。167。使原圖像細(xì)節(jié)更易辨認(rèn)，目標(biāo)更容易識(shí)別。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。在此，本文通過(guò)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(lái)提取識(shí)別圖像中的文字。 當(dāng)然，在不斷改良和學(xué)習(xí)后，如果有了新的算法，系統(tǒng)也可以更新和擴(kuò)展。C:\Documents and Settings\陳長(zhǎng)新\桌面\39。I1=I(:,:,1)。I3=I(:,:,3)。 d1=zeros(y,x)。myI=double(I)。for i=1:x for j=1:y%歐式聚類d1(j,i)=sqrt((myI(j,i,1)180)^2+(myI(j,i,2)180)^2+(myI(j,i,3)180)^2)。 if (d1(j,i)=d2(j,i)) I0(j,i)=1。imshow(I)。 subplot(1,3,1)。subplot(1,3,2)。subplot(1,3,3)。 figure(4)。運(yùn)行結(jié)果： 可見(jiàn)，文字可以更快更好的提取。第五章 結(jié)論167。 本文首先簡(jiǎn)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(guò)對(duì)同一張照片的處理效果對(duì)算法進(jìn)行比較分析。 本文主要完成以下工作: 1．介紹了圖像處理的基本技術(shù)，包括圖像處理基本操作、圖像變換、圖像增強(qiáng)、幾何變換、壓縮編碼、圖像復(fù)原、形態(tài)學(xué)運(yùn)算、圖像分割、圖像特征分析，重點(diǎn)研究了圖像變換的基本技術(shù)，對(duì)其中的傅立葉變換、離散余弦變換、Radon變換的原理和算法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了改進(jìn)的算法。 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(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了其主要算法，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了算法演示。 5．通過(guò)圖像處理與分析系統(tǒng)的各個(gè)模塊，對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例進(jìn)行分析，來(lái)說(shuō)明在不可控環(huán)境下圖像處理和分析的應(yīng)用，并通過(guò)一個(gè)改良算法的導(dǎo)入來(lái)體現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。 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(chǎng)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。但是，由于本人的研究能力和研究時(shí)間有限，本系統(tǒng)還存在許多不足和需要不斷完善的地方，未來(lái)需要進(jìn)一步開展的工作，可以從下面幾個(gè)方面來(lái)開展: 1．不能同時(shí)在軟件界面顯示處理前和處理后的圖像，不便于直觀的比較處理效果，而且不能隨時(shí)保存處理圖片，必須借助matlab輸出框?qū)崿F(xiàn)保存功能。下一步需要研究一些場(chǎng)景性更強(qiáng)的特定領(lǐng)域圖像處理問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)，如軟件中可以加入一些比較成熟簡(jiǎn)單的圖像處理系統(tǒng)，如簡(jiǎn)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。通過(guò)上述分析，不難看出此系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)和不足，以及圖像處理技術(shù)其在不可控環(huán)境下的應(yīng)用前景，通過(guò)這個(gè)軟件的不斷學(xué)習(xí)和豐富，相信一定會(huì)有更好的不可控圖像處理軟件誕生。 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?jī)?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)。在此，對(duì)我的導(dǎo)師表示由衷的感謝和敬意。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)。Sons， 2001[15] 周廣芬，李鵬，楊久義．利用MATLAB圖像處理工具箱進(jìn)行圖形數(shù)字化的研究[J]．河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(4)：309311[16]賀興華，周媛媛，土繼陽(yáng)等． [M]．北京：人民郵電出版社，2006 ：1416[17] Dougherty E R. Random Processes for Image and Signal