【正文】 tract II 目 錄 1 第一章 緒 論 2 11 課題背景 2 12 國(guó)內(nèi)外研究狀況和應(yīng)用前景 3 13 課程設(shè)計(jì)目的 5 14 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 5 第二章 MATLAB 簡(jiǎn)介 6 21 MATLAB 介紹 6 22 MATLAB 產(chǎn)品系列重要功能 6 第三章 硬幣表面形狀的自動(dòng)檢測(cè)與識(shí)別 17 31 硬幣識(shí)別工作原理 17 32 硬幣識(shí)別系統(tǒng)的 matlab 實(shí)現(xiàn) 18 33 硬幣字符識(shí)別 26 第四章 總結(jié)與展望 30 41 總 結(jié) 30 42 展 望 30 致 謝 31 參考文獻(xiàn) 32 第一章 緒 論 11 課題背景 伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展數(shù)字圖像處理成為了一門新興學(xué)科并且在生活中的各個(gè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)則是數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等領(lǐng)域最重要的技術(shù)之一在實(shí)際圖像處理中圖像邊緣作為圖像的一種基本特征經(jīng)常被用到較高層次的圖像處理中去邊緣檢測(cè)技術(shù)是圖像測(cè)量圖像分割圖像壓縮以及模式 識(shí)別等圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)字圖像處理重要的研究課題之一 邊緣檢測(cè)是圖像理解分析和識(shí)別領(lǐng)域中的一個(gè)基礎(chǔ)又重要的課題 邊緣是圖像中重要的特征之一是計(jì)算機(jī)視覺(jué)模式識(shí)別等研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)圖像的大部分主要信息都存在于圖像的邊緣中主要表現(xiàn)為圖像局部特征的不連續(xù)性是圖像中灰度變化比較強(qiáng)烈的地方也即通常所說(shuō)的信號(hào)發(fā)生奇異變化的地方經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算法是利用邊緣處的一階導(dǎo)數(shù)取極值二階導(dǎo)數(shù)在階梯狀邊緣處呈零交叉或在屋頂狀邊緣處取極值的微分算法圖像邊緣檢測(cè)一直是圖像處理中的熱點(diǎn)和難點(diǎn) 近年來(lái)隨著數(shù)學(xué)和人工智能技術(shù)的發(fā)展各種類型 的邊緣檢測(cè)算法不斷涌現(xiàn)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等理論運(yùn)用到圖像的邊緣檢測(cè)中但由于邊緣檢測(cè)存在著檢測(cè)精度邊緣定位精度和抗噪聲等方面的矛盾及對(duì)于不同的算法邊緣檢測(cè)結(jié)果的精度卻沒(méi)有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)所以至今都還不能取得令人滿意的效果另外隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的發(fā)展圖像庫(kù)逐漸變得非常龐大而又由于實(shí)時(shí)圖像的目標(biāo)和背景間的變化都不盡相同如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像邊緣的精確定位和提取成為人們必須面對(duì)的問(wèn)題 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件用于算法開(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) 境主要包括 MATLAB 和Simulink 兩大部分 1 高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái) 2 具有完備的圖形處理功能實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化 3 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語(yǔ)言使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握 4 功能豐富的應(yīng)用工具箱 如信號(hào)處理工具箱通信工具箱等 為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具 MATLAB 軟件在圖像檢測(cè)與目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用進(jìn)行研究主要任務(wù)是對(duì)硬幣各表面形狀態(tài)檢測(cè)完成硬幣的自動(dòng)檢測(cè)與識(shí)別研究 12 國(guó)內(nèi)外研究狀況和應(yīng)用前景 作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)的經(jīng)典性研究課題圖像 檢測(cè)的研究已有較長(zhǎng)歷史涌現(xiàn)了許多方法這些方法分為兩大類基于空間域上微分算子的經(jīng)典方法和基于圖像濾波的檢測(cè)方法基于空間域上微分算子的經(jīng)典方法在階躍型邊緣的正交切面上階躍邊緣點(diǎn)周圍的圖像灰度表現(xiàn)為一維階躍函數(shù)邊緣點(diǎn)位于圖像灰度的跳變點(diǎn)根據(jù)邊緣點(diǎn)的特性人們提出了基于圖像灰度一階導(dǎo)數(shù)梯度二階導(dǎo)數(shù)以及更為復(fù)雜的laplace 算子等提取圖像邊緣的方法基于圖像濾波的檢測(cè)方法在實(shí)際圖像中邊緣和噪聲均表現(xiàn)為圖像灰度有較大的起落同是高頻信號(hào)但相對(duì)來(lái)說(shuō)邊緣具有更高的強(qiáng)度 幾種經(jīng)典的邊緣檢測(cè)算法論述 1 roberts算子 roberts邊緣檢測(cè)算子根據(jù)任意一對(duì)互相垂直方向上的差分用來(lái)計(jì)算梯度的原理采用對(duì)角線方向相鄰兩像素之差 roberts 算子采用對(duì)角線方向相鄰兩像素之差近似梯度幅值檢測(cè)邊緣它適合于得到方向不同的邊緣對(duì)不同方向的邊緣都比較敏感檢測(cè)水平和萬(wàn)垂直邊緣的效果好于斜向邊緣定位精度高但是在進(jìn)行差分計(jì)算的過(guò)程中對(duì)噪聲敏感即有噪聲影響的像素點(diǎn)可能被檢測(cè)為邊緣點(diǎn) 2 sobel算子對(duì)數(shù)字圖像的每個(gè)像素點(diǎn)考察它上下左右鄰點(diǎn)灰度加權(quán)差與之接近的鄰點(diǎn)的權(quán)值大 sobel算子很容易在空間上實(shí)現(xiàn) sobel邊緣檢測(cè)器不但產(chǎn)生較好的邊緣檢測(cè)效果 而且受噪聲的影響也比較少 3 log算子前面介紹的梯度算子和拉普拉斯算子實(shí)際上都是微分或差分算法因此算法對(duì)噪聲十分敏感所以在邊緣檢測(cè)前必須濾除噪聲 4 Sobel算法的改進(jìn)經(jīng)典的 Sobel圖像邊緣檢測(cè)算法是在圖像空間利用兩個(gè)方向模板與圖像進(jìn)行鄰域卷積來(lái)完成的這兩個(gè)方向模板一個(gè)是檢測(cè)垂直邊緣一個(gè)是檢測(cè)水平邊緣算法的基本原理由于圖像邊緣附近的亮度變化較大所以可以把那些在鄰域內(nèi)灰度變化超過(guò)某個(gè)適當(dāng)閾值 TH 的像素點(diǎn)當(dāng)作邊緣點(diǎn) Sobel 算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單速度快 圖像加權(quán)中值濾波由于圖像中的邊緣和噪聲在頻域中均表 現(xiàn)為高頻成分所以在邊緣檢測(cè)之前有必要先對(duì)圖像進(jìn)行一次濾波處理減少噪聲對(duì)邊緣檢測(cè)的影響中值濾波是一種非線性信號(hào)的處理方法在圖像處理中常用來(lái)保護(hù)邊緣信息保證濾波的效果加權(quán)中值濾波首先對(duì)每個(gè)窗口進(jìn)行排序取適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行曲線擬合選擇權(quán)重進(jìn)行加權(quán) MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作數(shù)值分析數(shù)值和符號(hào)計(jì)算工程與科學(xué)繪圖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真數(shù)字圖像處理技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真財(cái)務(wù)與金融工程管理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算運(yùn)籌學(xué) MATLAB 的應(yīng)用 范圍非常廣包括信號(hào)和圖像處理通訊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)試和測(cè)量財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域附加的工具箱單獨(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 MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印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)式作圖可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖新版本的 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方面更加完善而且對(duì)于一些其 他軟件所沒(méi)有的功能 MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求 MATLAB 也有相應(yīng)的功能函數(shù)保證了用戶不同層次的要求另外新版本的 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 MATLAB 軟件進(jìn)行硬幣表面形狀分析很方便卻又真實(shí)的表達(dá)出硬幣的表面形狀為后續(xù)的檢測(cè)分析與目標(biāo)識(shí)別提供便捷的服務(wù) 13 課程設(shè)計(jì)目的 Matlab技術(shù)課程設(shè)計(jì)是利用 Matlab應(yīng)用軟件的知識(shí)基本程序設(shè)計(jì) 1查閱圖像處理與分析相關(guān)的資料 2 掌握目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別的有關(guān)知識(shí) 3 熟悉 MATLAB 軟件的操作及用途 4 用 MATLAB 對(duì)硬幣表面進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別分析 5 完成論文的編寫和外文翻譯 第二章 MATLAB 簡(jiǎn)介 21 MATLAB 介紹 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件用于算法開(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)境主要包括 MATLAB 和Simulink 兩大部分 編輯本段簡(jiǎn)介 MATLAB 是由美國(guó) mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境它將數(shù)值分析矩陣計(jì)算科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中為科學(xué)研究工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言如 CFortran 的編輯模式代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平 MATLAB 和 MathematicaMapleMathCAD 并稱為四大數(shù)學(xué)軟件它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指 MATLAB 可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)算法創(chuàng)建用戶界面連接其他匯編語(yǔ)言的程序等主要應(yīng)用于工程計(jì)算控制設(shè)計(jì)信號(hào)處理與通信圖像處理信號(hào) 檢測(cè)金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)工程中常用的形式十分相似故用 MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用 CFORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多并且 MATLAB也吸收了像 Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)使 MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件在新的版本中也加入了對(duì) CFORTRANCJAVA 的支持可以直接調(diào)用用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用此外許多的 MATLAB愛(ài)好者都編寫了一些經(jīng)典的程序用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用 22 MATLAB 產(chǎn)品系 列重要功能 MATLAB MATLAB 語(yǔ)言的單元測(cè)試框架 Financial Instruments Toolbox 赫爾 懷特線性高斯和 LIBOR 市場(chǎng)模型的校準(zhǔn)和 Monte Carlo 仿真 Image Acquisition Toolbox 提供了用于采集圖像深度圖 和框架數(shù)據(jù)的 Kinect for Windows 傳感器支持 Data Acquisition Toolbox 為 Digilent Analog Discovery Design Kit 提供了支持包 Simulink Simulation Performance Advisor 鏈接庫(kù)模塊的封裝以及通過(guò)邏輯表達(dá)式控制有效變量 SimRF 針對(duì)快速仿真和模型加載時(shí)間的電路包絡(luò)求解器 Simulink Design Verifier 數(shù)組超出邊界檢查 MATLAB 和 Simulink 的系統(tǒng)工具箱 Computer Vision System Toolbox ViolaJones 對(duì)象檢測(cè)培訓(xùn) FREAK 特征提取和其他新函數(shù) Phased Array System Toolbox 極化支持?jǐn)?shù)組錐化以及針 對(duì)傳感器數(shù)組分析波形分析和雷達(dá)方程計(jì)算的應(yīng)用程序 代碼生成和實(shí)現(xiàn) FixedPoint Designer 一款結(jié)合了 FixedPoint Toolbox 和 Simulink Fixed Point 功能的新產(chǎn)品 1