圖像增強(qiáng)算法畢業(yè)論文

1、江 西 理 工 大 學(xué)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題 目：基于頻域的圖像增強(qiáng)算法研究專題題目：學(xué) 院：信息工程專 業(yè)：電子信息工程班 級(jí)：082學(xué) 號(hào)：20學(xué) 生：謝建勇指導(dǎo)教師： 易見兵 職稱：講師時(shí)間：2012江 西 理 工 大 學(xué)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）任 務(wù) 書信息工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè)2008級(jí)（2012屆） 班 學(xué)生：謝建勇題 目：基于頻域的圖像增強(qiáng)算法研究專題題目（若無專題則不填）： 原始依據(jù)(包括設(shè)計(jì)（論文）的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等)：工作基礎(chǔ)：頻域增強(qiáng)是利用圖像變換方法將原來的圖像空間中的圖像以某種形式轉(zhuǎn)換到其它空間中，然后利用該空間的特有性質(zhì)方

2、便地進(jìn)行圖像處理，最后再轉(zhuǎn)換回原來的圖像空間中，從而得到處理后的圖像。由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)過matlab語言、c語言、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號(hào)處理等課程，具備從事該課題的部分基礎(chǔ)知識(shí)。研究條件：硬件條件計(jì)算機(jī)；軟件條件是在計(jì)算機(jī)win98以上操作系統(tǒng)、matlab語言或c語言實(shí)現(xiàn)；前期基礎(chǔ)知識(shí)是matlab語言或c語言、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號(hào)處理等課程。應(yīng)用環(huán)境：主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感圖像處理等問題。工作目的：1、使學(xué)生提高綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力；2、使學(xué)生掌握從事學(xué)術(shù)研究的基本方法；3、使學(xué)生掌握撰寫學(xué)術(shù)論文的基本格式；4、研究頻域的圖像增強(qiáng)的原理及應(yīng)用。主要內(nèi)容和要求：（包括設(shè)計(jì)（研究）

3、內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求）：1 主要內(nèi)容 學(xué)習(xí)和研究圖像增強(qiáng)的基本框架； 研究圖像增強(qiáng)的理論依據(jù)； 編程實(shí)現(xiàn)其功能。2 主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)均值、方差3 要求：要求學(xué)生獨(dú)立完成所選課題，在課題研究和論文中應(yīng)對(duì)所使用方法的理論依據(jù)、可行性及主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析。日程安排：第12周：畢業(yè)實(shí)習(xí)（2周）第34周：收集課題資料，建立開發(fā)環(huán)境并學(xué)習(xí)開發(fā)工具的使用（2周）第58周：算法分析和方案構(gòu)思（4周）第912周：matlab仿真及調(diào)試（4周）第13周：小組討論、進(jìn)一步完善課題（1周）第1415周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（2周）第16周：做好答辯前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作并參加答辯（1周

4、）主要參考文獻(xiàn)和書目：1 章毓晉. 圖像工程，第2版. 北京: 清華大學(xué)出版社，2007。2 朱立新. 基于偏微分方程的圖像去噪和增強(qiáng)研究. 南京理工大學(xué)博士論文，2007。3 阮秋琦. 數(shù)字圖像處理(第二版). 北京：電子工業(yè)出版社，2007。4 陳強(qiáng)，紀(jì)則軒，孫權(quán)森，夏德深. 基于光能分配的遙感圖像增強(qiáng). 中國圖像圖形學(xué)報(bào)，2009，14(11): 2284-2291。5 王守覺，丁興號(hào)，廖英豪，郭東輝. 一種新的仿生彩色圖像增強(qiáng)方法. 電子學(xué)報(bào)，2008，36(10): 1970-1973。6 姚慶棟, 畢厚杰, 王兆華, 許孟俠. 圖像編碼基礎(chǔ). 杭州: 浙江大學(xué)出版社, 1992.7

5、 朱秀昌, 劉峰, 胡棟. 數(shù)字圖像處理與圖像通信. 北京: 北京郵電大學(xué)出版社. 2007.8 陳垚光，毛濤濤，王正林等精通matlab gui設(shè)計(jì)北京：電子工業(yè)出版社，2008。 指導(dǎo)教師簽字：易見兵 2011年 11 月 8 日教研室主任簽字： 年 月 日教學(xué)院長簽字： 年 月 日注：1、本表可自主延伸，各專業(yè)根據(jù)需調(diào)整 2、本表一式兩份，一份下達(dá)給學(xué)生，一份裝訂在指導(dǎo)教師日志中。江 西 理 工 大 學(xué)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告學(xué)院 信息工程 專業(yè) 電信 級(jí)（08 屆）班 2 學(xué)號(hào) 20 學(xué)生 謝建勇題 目：基于頻域的圖像增強(qiáng)算法研究專題題目（若無專題則不填）：本課題來

6、源及研究現(xiàn)狀： 1，圖像增強(qiáng)處理是數(shù)字圖像處理的一個(gè)重要分支。很多由于場景條件的影響圖像拍攝的視覺效果不佳，這就需要圖像增強(qiáng)技術(shù)來改善人的視覺效果，比如突出圖像中目標(biāo)物體的某些特點(diǎn)、從數(shù)字圖像中提取目標(biāo)物的特征參數(shù)等等，這些都有利于對(duì)圖像中目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤和理解。圖像增強(qiáng)處理主要內(nèi)容是突出圖像中感興趣的部分，減弱或去除不需要的信息。這樣使有用信息得到加強(qiáng)，從而得到一種更加實(shí)用的圖像或者轉(zhuǎn)換成一種更適合人或機(jī)器進(jìn)行分析處理的圖像。圖像增強(qiáng)的應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣闊并涉及各種類型的圖像。 2， 人們運(yùn)用數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)處理和分析遙感圖像，以有效地進(jìn)行資源和礦藏的勘探、調(diào)查、農(nóng)業(yè)和城市的土地規(guī)劃、作物估產(chǎn)

7、、氣象預(yù)報(bào)、災(zāi)害及軍事目標(biāo)的監(jiān)視等。在生物醫(yī)學(xué)工程方面，運(yùn)用圖像增強(qiáng)技術(shù)對(duì)x射線圖像、超聲圖像和生物切片顯微圖像等進(jìn)行處理，提高圖像的清晰度和分辨率。在工業(yè)和工程方面，主要應(yīng)用于無損探傷、質(zhì)量檢測(cè)和過程自動(dòng)控制等方面。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)。圖像增強(qiáng)是圖像處理的重要組成部分，傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)方法對(duì)于改善圖像質(zhì)量發(fā)揮了極其重要的作用。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)。課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段： 1， 研究目標(biāo)：一是消除噪聲，二是增強(qiáng)(或保護(hù))圖像特征。對(duì)圖像恰當(dāng)增強(qiáng)，能使圖像去噪的

8、同時(shí)特征得到較好保護(hù)，使圖像更加清晰明顯，從而提供給我們準(zhǔn)確的信息。常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)各有其特點(diǎn)和效果。2， 內(nèi)容：在頻域內(nèi)通過對(duì)butterworth低通濾波器增強(qiáng)方法進(jìn)了研究，介紹了相關(guān)的理論和數(shù)學(xué)模型，并給利用matlab工具進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。通過各種濾波后圖像比較，實(shí)驗(yàn)證明在質(zhì)量較差的圖像中，選擇不同的濾波算法對(duì)圖像的增強(qiáng)在準(zhǔn)確性上均有不同。3，方法和手段：(1) 選擇變換方法，將輸入圖像變換到頻域空間；(2) 在頻域空間中，根據(jù)處理目的設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)并進(jìn)行處理；(3) 將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)。設(shè)計(jì)（論文）提綱及進(jìn)度安排：完成開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)資料查詢著手畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿畢業(yè)設(shè)計(jì)的修改確定

9、畢業(yè)設(shè)計(jì)的終稿準(zhǔn)備論文答辯1、2012年3月中旬 2012年3月底2、2012年3月底 2012年4月初 3、2012年4月初 2012年4月中旬4、2012年4月中旬 2012年5月初 5、2012年5月初 2012年5月中旬 5、2012年5月中旬 2012年5月底 主要參考文獻(xiàn)和書目：1 章毓晉. 圖像工程，第2版. 北京: 清華大學(xué)出版社，2007。2 朱立新. 基于偏微分方程的圖像去噪和增強(qiáng)研究. 南京理工大學(xué)博士論文，2007。3 阮秋琦. 數(shù)字圖像處理(第二版). 北京：電子工業(yè)出版社，2007。4 陳強(qiáng)，紀(jì)則軒，孫權(quán)森，夏德深. 基于光能分配的遙感圖像增強(qiáng). 中國圖像圖形學(xué)報(bào)，

10、2009，14(11): 2284-2291。5 王守覺，丁興號(hào)，廖英豪，郭東輝. 一種新的仿生彩色圖像增強(qiáng)方法. 電子學(xué)報(bào)，2008，36(10): 1970-1973。6 姚慶棟, 畢厚杰, 王兆華, 許孟俠. 圖像編碼基礎(chǔ). 杭州: 浙江大學(xué)出版社, 1992。7 朱秀昌, 劉峰, 胡棟. 數(shù)字圖像處理與圖像通信. 北京: 北京郵電大學(xué)出版社. 2007。8 陳垚光，毛濤濤，王正林等精通matlab gui設(shè)計(jì)北京：電子工業(yè)出版社，2008。指導(dǎo)教師審核意見：指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日注：本表可自主延伸摘 要 圖像增強(qiáng)處理技術(shù)是圖像處理領(lǐng)域中一項(xiàng)基本的，也是很重要的技術(shù)，一直是圖像處

11、理領(lǐng)域中不可回避的研究課題。而且圖像增強(qiáng)是指按一定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)削弱或去除某些不需要的信息，使之改善圖像質(zhì)量，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果的處理技術(shù)。因?yàn)橐环鶊D像總是可能受到各種因素的干擾影響，造成圖像質(zhì)量的下降。圖像增強(qiáng)包含兩個(gè)方面內(nèi)容：一是消除噪聲，二是增強(qiáng)(或保護(hù))圖像特征。對(duì)圖像恰當(dāng)增強(qiáng)，能使圖像去噪的同時(shí)特征得到較好保護(hù)，使圖像更加清晰明顯，從而提供給我們準(zhǔn)確的信息。常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)各有其特點(diǎn)和效果。論文在介紹圖像頻域增強(qiáng)原理的基礎(chǔ)上，在頻域內(nèi)通過對(duì)低通濾波器、高通濾波器的圖像增強(qiáng)進(jìn)行研究，介紹了相關(guān)的理論和數(shù)學(xué)模型，并給利用matlab工具進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明，在質(zhì)

12、量較差的圖像中，選擇不同的濾波算法對(duì)圖像的增強(qiáng)在準(zhǔn)確性上均有不同。關(guān)鍵詞：圖像增強(qiáng)；濾波；matlab。 abstract image enhancement in image processing technology is a basic and very important technology; the field of image processing has been a research topic cannot be avoided. and it aims to stand out some information of a picture to strength image

13、 identification and reorganization. at the same time it can wipe out the information that we dont need in order to improve the quality of image. this paper addresses image frequency enhancement principle and also researches low-pass filtering, high-pass filtering and homeostasis filtering.because an

14、 image is always possible interference by various factors, resulting in a decline in image quality. image enhancement includes two aspects: first, eliminate the noise; the second is enhanced (or protected) image features. appropriate image enhancement, image demising can be well protected at the sam

15、e time features, to make the image more clearly evident, thus providing us with accurate information. commonly used image enhancement techniques have their own characteristics and effects. paper, introducing the principle of image enhancement based on frequency domain, in the frequency domain throug

16、h the low-pass filter and high pass filtering enhancement into the study, describes the relevant theoretical and mathematical models and tools to use matlab implementation. after filtering through a variety of image comparison, real proof of poor image quality, choose a different algorithm for image

17、 enhancement filter of accuracy are different.key words: image enhancement; filter; matlab. 目 錄 第一章 緒論11.1 課題研究的背景和意義11.2 國內(nèi)外研究情況31.2.1圖像增強(qiáng)技術(shù)國外發(fā)展?fàn)顩r31.2.2 圖像增強(qiáng)技術(shù)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r4第二章 頻域圖像的原理62.1 引言62.2 頻域增強(qiáng)定義和步驟62.3 低通濾波72.4 高通濾波82.5 同態(tài)濾波102.6 小結(jié)10第三章 matlab基礎(chǔ)知識(shí)介紹123.1 matlab基本知識(shí)介紹123.1.1 matlab的概述123.1.2 matla

18、b產(chǎn)生的歷史背景123.2 matlab語言的特點(diǎn)133.3 matlab在圖像處理中的應(yīng)用143.4 matlab軟件優(yōu)點(diǎn)153.5 友好的工作平臺(tái)編程環(huán)境153.5.1 簡單易用的程序語言163.5.2 強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力163.5.3 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱163.5.4 實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)17第四章 頻域增強(qiáng)算法的實(shí)現(xiàn)及代碼184.1 理想低通濾波器184.2 巴特沃斯低通濾波器224.3 高通濾波25參考文獻(xiàn)和書目28總結(jié)及展望29致謝31第一章 緒論1.1 課題研究的背景和意義 人類傳遞信息的主要媒介是語言和圖像。據(jù)統(tǒng)計(jì)在人類接受的各種信息中視覺信息占80%，所以

19、圖像信息是十分重要的信息傳遞媒體和方式。圖像傳遞系統(tǒng)包括圖像采集、圖像壓縮、圖像編碼、圖像存儲(chǔ)、圖像通信、圖像顯示這六個(gè)部分。在實(shí)際應(yīng)用中每個(gè)部分都有可能導(dǎo)致圖像品質(zhì)變差，使圖像傳遞的信息無法被正常讀取和識(shí)別。例如，在采集圖像過程中由于光照環(huán)境或物體表面反光等原因造成圖像整體光照不均，或是圖像采集系統(tǒng)在采集過程中由于機(jī)械設(shè)備的緣故無法避免的加入采集噪聲，或是圖像顯示設(shè)備的局限性造成圖像顯示層次感降低或顏色減少等等。因此研究快速且有效地圖像增強(qiáng)算法成為推動(dòng)圖像分析和圖像理解領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容之一。 圖像增強(qiáng)處理是數(shù)字圖像處理的一個(gè)重要分支。很多由于場景條件的影響圖像拍攝的視覺效果不佳，這就需要圖

20、像增強(qiáng)技術(shù)來改善人的視覺效果，比如突出圖像中目標(biāo)物體的某些特點(diǎn)、從數(shù)字圖像中提取目標(biāo)物的特征參數(shù)等等，這些都有利于對(duì)圖像中目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤和理解。圖像增強(qiáng)處理主要內(nèi)容是突出圖像中感興趣的部分，減弱或去除不需要的信息。這樣使有用信息得到加強(qiáng)，從而得到一種更加實(shí)用的圖像或者轉(zhuǎn)換成一種更適合人或機(jī)器進(jìn)行分析處理的圖像。圖像增強(qiáng)的應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣闊并涉及各種類型的圖像。例如，在軍事應(yīng)用中，增強(qiáng)紅外圖像提取我方感興趣的敵軍目標(biāo)；在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，增強(qiáng)x射線所拍攝的患者腦部、胸部圖像確定病癥的準(zhǔn)確位置；在空間應(yīng)用中，對(duì)用太空照相機(jī)傳來的月球圖片進(jìn)行增強(qiáng)處理改善圖像的質(zhì)量；在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，增強(qiáng)遙感圖像了解農(nóng)作物的

21、分布；在交通應(yīng)用中，對(duì)大霧天氣圖像進(jìn)行增強(qiáng)，加強(qiáng)車牌、路標(biāo)等重要信息進(jìn)行識(shí)別；在數(shù)碼相機(jī)中，增強(qiáng)彩色圖像可以減少光線不均、顏色失真等造成的圖像退化現(xiàn)象。 圖像工程是一門綜合學(xué)科，它的研究內(nèi)容非常廣泛，覆蓋面也很大。從1996年起，中國圖像圖形學(xué)報(bào)上連續(xù)刊登了對(duì)圖像工程文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分類的綜述文章。根據(jù)各文獻(xiàn)的主要內(nèi)容將其分別歸入圖像處理、圖像分析、圖像理解、技術(shù)應(yīng)用和綜述5個(gè)大類，并在此基礎(chǔ)上對(duì)國內(nèi)15種有關(guān)圖像工程的重要中文期刊進(jìn)行了各期刊各類文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)和分析。選取的刊物名有:ct理論與應(yīng)用研究、測(cè)繪學(xué)報(bào)、電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)、電子學(xué)報(bào)、電子與信息學(xué)報(bào)、計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)、模式識(shí)別與人工智能、數(shù)據(jù)采集與處理

22、、通信學(xué)報(bào)、信號(hào)處理、遙感學(xué)報(bào)、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)、中國體視學(xué)與圖像分析、中國圖象圖形學(xué)報(bào)、自動(dòng)化學(xué)報(bào)。從中我們挑選了最近5年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：在2005年的112期上發(fā)表的2734 篇學(xué)術(shù)研究和技術(shù)應(yīng)用文獻(xiàn)中，屬于圖像工程領(lǐng)域的文獻(xiàn)有656篇。在2006年的112期上發(fā)表的3013篇學(xué)術(shù)研究和技術(shù)應(yīng)用文獻(xiàn)中，屬于圖像工程領(lǐng)域的文獻(xiàn)有711篇。在2007年的118期上發(fā)表的3312篇學(xué)術(shù)強(qiáng)究和技術(shù)應(yīng)用文獻(xiàn)中，屬于圖像工程領(lǐng)域的文獻(xiàn)有895篇。在2008年的120期上發(fā)表的3359篇學(xué)術(shù)研究和技術(shù)應(yīng)用文獻(xiàn)中，屬于圖像工程領(lǐng)域的文獻(xiàn)有915篇，2009年的134期上發(fā)表的3604篇學(xué)術(shù)研究和技術(shù)應(yīng)用文

23、獻(xiàn)中，有1008篇屬于圖像工程領(lǐng)域的文獻(xiàn)。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，無論是論文總數(shù)還是選取總數(shù)都是逐年增長的。論文總數(shù)的增長表明刊物的不斷發(fā)展，選取總數(shù)的增加表明圖像工程的研究和應(yīng)用的不斷壯大。據(jù)統(tǒng)計(jì)從1995年至2009年，發(fā)表圖像處理的文章總計(jì)2720篇，占圖像工程總體的33.1%；發(fā)表圖像分析的文章總計(jì)2434篇，占圖像工程總體的29.6%；發(fā)表圖像理解的文章總計(jì)1192篇，占圖像工程總體的14.5%；發(fā)表技術(shù)應(yīng)用文章1797篇，占圖像工程總體的21.9%；發(fā)表綜述評(píng)論文章74篇，占圖像工程總體的0.9%，其中關(guān)于圖像增強(qiáng)技術(shù)方面的文章增長率尤其較高。因此圖像增強(qiáng)技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)仍將是一個(gè)熱

24、點(diǎn)。影響圖像質(zhì)量清晰程度有很多因素，室外光照度不均勻會(huì)造成圖像灰度過于集中；攝像頭獲得的圖像經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換，線路傳輸時(shí)都會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，圖像質(zhì)量不可避免降低，輕者變現(xiàn)為圖像伴有噪點(diǎn)，難于看清圖像細(xì)節(jié)；重者圖像模糊不清，連大概物體面貌輪廓都難以看清。因此，對(duì)圖像進(jìn)行分析處理之前，必須對(duì)圖像進(jìn)行改善，即增強(qiáng)圖像。圖像增強(qiáng)并不考慮圖像質(zhì)量下降的原因，只是將圖像中感興趣的重要特征有選擇性的突出出來，同時(shí)衰減不需要的特征，目的就是提高圖像的可懂度。圖像增強(qiáng)的方法分為空域法和頻域法兩種，空域法是對(duì)圖像中的像素點(diǎn)進(jìn)行操作，用公式描述如下：g(x,y)=f(x,y) h(x,y)其中是f(x,y)原圖像；h(

25、x,y)為空間轉(zhuǎn)換函數(shù)；g(x,y)表示進(jìn)行處理后的圖像。頻域法是間接的處理方法，是先在圖像的頻域中對(duì)圖像的變換值進(jìn)行操作，然后變回空域。例如,先對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變化到頻域，再對(duì)圖像的頻譜進(jìn)行某種濾波修正，最后將修正后的圖像進(jìn)行傅里葉反變化到空域，以此增強(qiáng)圖像?？捎脠D1來描述該過程。g(x,y)g(u,v)f(u,v)f（x,y）逆變換修正h（u，v）正變換1.2 國內(nèi)外研究情況 1.2.1 圖像增強(qiáng)技術(shù)國外發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)20年代圖片第一次通過海底電纜從倫敦傳往紐約。當(dāng)時(shí)人們通過字符模擬得到中間色調(diào)的方法來還原圖像。早期的圖像增強(qiáng)技術(shù)往往涉及硬件參數(shù)的設(shè)置，如打印過程的選擇和亮度等級(jí)的分布等

26、問題。在1921年年底提出了一種基于光學(xué)還原的新技術(shù)。在這一時(shí)期由于引入了一種用編碼圖像紙帶去調(diào)制光束達(dá)到調(diào)節(jié)底片感光程度的方法，使灰度等級(jí)從5個(gè)灰度級(jí)增加到15個(gè)灰度等級(jí)，這種方法明顯改善了圖像復(fù)原的效果。到20世紀(jì)60年代早期第一臺(tái)可以執(zhí)行數(shù)字圖像處理任務(wù)的大型計(jì)算機(jī)制造出來了，這標(biāo)志著利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理數(shù)字圖像時(shí)代的到來。1964年，研究人員在美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(jpl)里使用計(jì)算機(jī)以及其它硬件設(shè)備，采用幾何校正、灰度變換、去噪聲、傅里葉變換以及二維線性濾波等增強(qiáng)方法對(duì)航天探測(cè)器“徘徊者7號(hào)”發(fā)回的幾千張?jiān)虑蛘掌M(jìn)行處理，同時(shí)他們也考慮太陽位置和月球環(huán)境的影響，最終成功地繪制出了月球表面

27、地圖。隨后他們又對(duì)1965年“徘徊者8號(hào)”發(fā)回地球的幾萬張照片進(jìn)行了較為復(fù)雜的數(shù)字圖像處理，使圖像質(zhì)量進(jìn)一步提高。這些成績不僅引起世界許多有關(guān)方面的注意而且jpl本身也更加重視對(duì)數(shù)字圖像處理地研究和設(shè)備的改進(jìn)，并專門成立了圖像處理實(shí)驗(yàn)室ipl。在ipl里成功的對(duì)后來探測(cè)飛船發(fā)回的幾十萬張照片進(jìn)行了更為復(fù)雜的圖像處理，最終獲得了月球的地形圖、彩色圖以及全景鑲嵌圖。從此數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)走進(jìn)了航空航天領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代末和20世紀(jì)70年代初有學(xué)者開始將圖像增強(qiáng)技術(shù)用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等領(lǐng)域。x射線是最早用于成像的電磁輻射源之一，在1895年x射線由倫琴發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)70年代godf

28、rey n. hounsfield先生和allan m. cormack教授共同發(fā)明計(jì)算機(jī)軸向斷層技術(shù)：一個(gè)檢測(cè)器圍繞病人，并用x射線源繞著物體旋轉(zhuǎn)。x射線穿過身體并由位于對(duì)面環(huán)中的相應(yīng)檢測(cè)器收集起來。其原理是用感知的數(shù)據(jù)去重建切片圖像。當(dāng)物體沿垂直于檢測(cè)器的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)就產(chǎn)生一系列的切片，這些切片組成了物體內(nèi)部的再現(xiàn)圖像。到了20世紀(jì)80年代以后，各種硬件的發(fā)展使得人們不僅能夠處理二維圖像，而且開始處理三維圖像。許多能獲得三維圖像的設(shè)備和分析處理三維圖像的系統(tǒng)已經(jīng)研制成功了，圖像處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，圖像增強(qiáng)技術(shù)已經(jīng)逐步涉及人類生活和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面。計(jì)算機(jī)程序用于

29、增強(qiáng)對(duì)比度或?qū)⒘炼染幋a為彩色，以便解釋x射線和用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)及生物科學(xué)等領(lǐng)域的其他圖像。地理學(xué)用相同或相似的技術(shù)從航空和衛(wèi)星圖像中研究污染模式。在考古學(xué)領(lǐng)域中使用圖像處理方法已成功地復(fù)原模糊圖片。在物理學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域中計(jì)算機(jī)技術(shù)能增強(qiáng)高能等離子和電子顯微鏡等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)圖片。直方圖均衡處理是圖像增強(qiáng)技術(shù)常用的方法之一。1997年kim 提出如果要將圖像增強(qiáng)技術(shù)運(yùn)用到數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品中，那么算法一定要保持圖像的亮度特性。在文章中kim提出了保持亮度特性的直方圖均衡算法(bbhe)。kim的改進(jìn)算法提出后，引起了許多學(xué)者的關(guān)注。在1999年wan等人提出二維子圖直方圖均衡算法(dsihe)。接著ch

30、en和ramli提出最小均方誤差雙直方圖均衡算法(mmbebhe)。為了保持圖像亮度特性，許多學(xué)者轉(zhuǎn)而研究局部增強(qiáng)處理技術(shù)，提出了許多新的算法：遞歸均值分層均衡處理(rmshe)、遞歸子圖均衡算法(rsihe)、動(dòng)態(tài)直方圖均衡算法(dhe)、保持亮度特性動(dòng)態(tài)直方圖均衡算法(bpdhe)、多層直方圖均衡算法(mhe)、亮度保持簇直方圖均衡處理(bpwche)等等。1.2.2 圖像增強(qiáng)技術(shù)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r在借鑒國外相對(duì)成熟理論體系和技術(shù)應(yīng)用體系的條件下，國內(nèi)的增強(qiáng)技術(shù)和應(yīng)用也有了很大的發(fā)展?？傮w來說，圖像增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了初創(chuàng)期、發(fā)展期、普及期和應(yīng)用期4個(gè)階段。初創(chuàng)期開始于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)

31、的圖像采用像素型光柵進(jìn)行掃描顯示，大多采用中、大型機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。在這一時(shí)期由于圖像存儲(chǔ)成本高，處理設(shè)備造價(jià)高，因而其應(yīng)用面很窄。20世紀(jì)70年代進(jìn)入了發(fā)展期，開始大量采用中、大型機(jī)進(jìn)行處理，圖像處理也逐漸改用光柵掃描顯示方式，特別是出現(xiàn)了ct和衛(wèi)星遙感圖像，對(duì)圖像增強(qiáng)處理提出了一個(gè)更高的要求。到了20世紀(jì)80年代，圖像增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)入普及期，此時(shí)的計(jì)算機(jī)已經(jīng)能夠承擔(dān)起圖形圖像處理的任務(wù)。20世紀(jì)90年代進(jìn)入了應(yīng)用期，人們運(yùn)用數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)處理和分析遙感圖像，以有效地進(jìn)行資源和礦藏的勘探、調(diào)查、農(nóng)業(yè)和城市的土地規(guī)劃、作物估產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、災(zāi)害及軍事目標(biāo)的監(jiān)視等。在生物醫(yī)學(xué)工程方面，運(yùn)用圖像增強(qiáng)技術(shù)

32、對(duì)x射線圖像、超聲圖像和生物切片顯微圖像等進(jìn)行處理，提高圖像的清晰度和分辨率。在工業(yè)和工程方面，主要應(yīng)用于無損探傷、質(zhì)量檢測(cè)和過程自動(dòng)控制等方面。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)。圖像增強(qiáng)是圖像處理的重要組成部分，傳統(tǒng)的圖像增強(qiáng)方法對(duì)于改善圖像質(zhì)量發(fā)揮了極其重要的作用。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)。例如一些學(xué)者將模糊映射理論引入到圖像增強(qiáng)算法中，提出了包括模糊松弛、模糊熵、模糊類等增強(qiáng)算法來解決增強(qiáng)算法中映射函數(shù)選擇問題，并且隨著交互式圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用，可以主觀控制圖像增強(qiáng)效果。同時(shí)利用

33、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。這些算法通過分割圖像，然后在子層圖像內(nèi)做均衡處理，較好地解決了直方圖均衡過程中的對(duì)比度過拉伸問題，并且可以控制子層灰度映射范圍，增強(qiáng)效果較好。第二章 頻域圖像的原理2.1 引言 在進(jìn)行圖像處理的過程中，獲取原始圖像后，首先需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，因?yàn)樵讷@取圖像的過程中，往往會(huì)發(fā)生圖像失真，使所得圖像與原圖像有某種程度上的差別。在許多情況下，人們難以確切了解引起圖像降質(zhì)的具體物理過程及其數(shù)學(xué)模型，但卻能估計(jì)出使圖像降質(zhì)的一些可能原因，針對(duì)這些原因采取簡單易行的方法，改善圖像質(zhì)量。圖像增強(qiáng)一

34、般不能增加原圖像信息，只能針對(duì)一些成像條件，把弱信號(hào)突出出來，使一些信息更容易分辨。圖像增強(qiáng)的方法分為頻域法和空域法，空域法主要是對(duì)圖像中的各像素點(diǎn)進(jìn)行操作；而頻域法是在圖像的某個(gè)變換域內(nèi)，修改變換后的系數(shù)，例如傅立葉變換、dct 變換等的系數(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行操作，然后再進(jìn)行反變換得到處理后的圖像。 matlab矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory）的簡稱，具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。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。它具有

35、功能豐富的工具箱，不但能夠進(jìn)行信號(hào)處理、語音處理、數(shù)值運(yùn)算，而且能夠完成各種圖像處理功能。本文利用matlab工具來研究圖像頻域增強(qiáng)技術(shù)。圖像增強(qiáng)是為了獲得更好質(zhì)量的圖像，通過各種方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，例如圖像邊緣檢測(cè)、分割以及特征提取等技術(shù)。圖像增強(qiáng)的方法有頻域處理法與空域處理法，本文主要研究了頻域處理方法中的濾波技術(shù)。從低通濾波、高通濾波、同態(tài)濾波三個(gè)方面比較了圖像增強(qiáng)的效果。文章首先分析了它們的原理，然后通過matlab軟件分別用這三種方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，處理后使圖像的對(duì)比度得到了明顯的改善，增強(qiáng)了圖像的視覺效果。2.2 頻域增強(qiáng)定義和步驟 圖像增強(qiáng)技術(shù)基本上可分成兩大類：頻域處理法和空域

36、處理法。頻域處理法1的基礎(chǔ)是卷積定理，它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。在頻域空間，圖像的信息表現(xiàn)為不同頻率分量的組合。如果能讓某個(gè)范圍內(nèi)的分量或某些頻率的分量受到抑制而讓其他分量不受影響，就可以改變輸出圖的頻率分布，達(dá)到不同的增強(qiáng)目的。頻域增強(qiáng)是利用圖像變換方法將原來的圖像空間中的圖像以某種形式轉(zhuǎn)換到其它空間中，然后利用該空間的特有性質(zhì)方便地進(jìn)行圖像處理，最后再轉(zhuǎn)換回原來的圖像空間中，從而得到處理后的圖像。頻域增強(qiáng)的主要步驟是：(1) 選擇變換方法，將輸入圖像變換到頻域空間；(2) 在頻域空間中，根據(jù)處理目的設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)并進(jìn)行處理；(3) 將所得結(jié)果用反變換得到圖像增強(qiáng)

37、。卷積理論是頻域技術(shù)的基礎(chǔ)。設(shè)函數(shù)f（x,y）與線性位不變算子h（x,y）的卷積結(jié)果是g（x,y），即g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)那么根據(jù)卷積定理在頻域有：g(x,y)=h(u,v)f(u,v)其中g(shù)(x,y)、 h(u,v)、f(u,v)分別是g(x,y)、h(x,y)、f(x,y)的傅立葉變換。（4）技術(shù)所需增強(qiáng)圖的傅立葉變換。（5）將其與一個(gè)（根據(jù)需要設(shè)計(jì)的）轉(zhuǎn)移函數(shù)相乘。（6）再將結(jié)果進(jìn)行傅立葉反變換以得到增強(qiáng)的圖。（7）將圖像從空域轉(zhuǎn)換到頻域所需的變換及將圖像從頻域空間轉(zhuǎn)換回空域所需的變換。（8）在頻域空間對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)加工操作。常用的頻域增強(qiáng)方法有低通濾波和高通濾波。以

38、下分別介紹在matlab中如何實(shí)現(xiàn)。2.3 低通濾波圖像在傳遞過程中，由于噪聲主要集中在高頻部分，為去除噪聲改善圖像質(zhì)量，濾波器采用低通濾波器h(u，v)來抑制高頻成分，通過低頻成分，然后再進(jìn)行逆傅立葉變換獲得濾波圖像，就可達(dá)到平滑圖像的目的。在傅里葉變換域中，變換系數(shù)能反映某些圖像的特征，如頻譜的直流分量對(duì)應(yīng)于圖像的平均亮度，噪聲對(duì)應(yīng)于頻率較高的區(qū)域，圖像實(shí)體位于頻率較低的區(qū)域等，因此頻域常被用于圖像增強(qiáng)。在圖像增強(qiáng)中構(gòu)造低通濾波器，使低頻分量能夠順利通過，高頻分量有效地阻止，即可濾除該領(lǐng)域內(nèi)噪聲。由卷積定理，低通濾波器數(shù)學(xué)表達(dá)式3為：g(u,v) = f(u,v)h(u,v) （1）式中，

39、f(u,v)為含有噪聲的原圖像的傅里葉變換域；h(u,v)為傳遞函數(shù)；g(u,v)為經(jīng)低通濾波后輸出圖像的傅里葉變換。假定噪聲和信號(hào)成分在頻率上可分離，且噪聲表現(xiàn)為高頻成分。h 濾波濾去了高頻成分，而低頻信息基本無損失地通過。選擇合適的傳遞函數(shù)h(u,v)對(duì)頻域低通濾波關(guān)系重大。常用頻率域低濾波器h(u，v)有四種： (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(diǎn)的截止頻率為d0，則理想低通濾波器的傳遞函數(shù)為： (2-1)式中，d(u,v)=(u2+v2)1/2 表示點(diǎn)(u,v)到原點(diǎn)的距離，d0 表示截止頻率點(diǎn)到原點(diǎn)的距離。 (2) butterworth 低通濾波器 n 階bu

40、tterworth 濾波器的傳遞函數(shù)為： （2-2） 它的特性是連續(xù)性衰減，而不像理想濾波器那樣陡峭變化。 (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。它的傳遞函數(shù)為： （2-3）(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。它的傳遞函數(shù)為： （2-4）2.4 高通濾波圖像中的細(xì)節(jié)部分與其頻率的高頻分量相對(duì)應(yīng)，所以高通濾波可以對(duì)圖像進(jìn)行銳化處理。高通濾波器與低通濾波器的作用相反，它使高頻分量順利通過，而消弱低頻。圖像的邊緣、細(xì)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。采用高通濾波器可以對(duì)圖像進(jìn)行銳化處理，是為了消除模

41、糊，突出邊緣。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。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： （2-5）(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： （2-6）(3) 指數(shù)濾波器 指數(shù)高通濾波器的傳遞函數(shù)為： （2-7） (4) 梯形濾波器 梯形高通濾波器的定義為： （2-8）2.5 同態(tài)濾波一般來說，圖像的邊緣和噪聲都對(duì)應(yīng)于傅立葉變換的高頻分量。而低頻分量主要決定圖像在平滑區(qū)域中總體灰度級(jí)的顯示，故被低通濾波的圖像比原圖像少一些尖銳的細(xì)節(jié)部分。同樣，被高通濾波的圖像在圖像的平滑區(qū)域

42、中將減少一些灰度級(jí)的變化并突出細(xì)節(jié)部分。為了增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)的同時(shí)盡量保留圖像的低頻分量，使用同態(tài)濾波方法 可以保留圖像原貌的同時(shí)，對(duì)圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng).。濾波后，如圖（2）圖1同態(tài)濾波過程圖2 同態(tài)濾波器應(yīng)用實(shí)例 同態(tài)濾波函數(shù)的確定：以rh 代表高頻增益, rl 代表低頻增益, d( u,v ) 表示頻率( u, v) 距濾波器中心( u0, v 0) 的離。傳統(tǒng)的同態(tài)濾波函數(shù)如圖2 所示。當(dāng)rh 1, rl 1 時(shí),該濾波函數(shù)能同時(shí)抑制照明分量和增強(qiáng)反射分量,從而滿足動(dòng)態(tài)范圍壓縮和對(duì)比度增強(qiáng)兩種效果要求。處理目的不同, 可構(gòu)造不同的濾波器。頻域內(nèi)經(jīng)常使用的高通濾波器為高斯型高通濾波器, 濾波函數(shù)為：

43、h ( u, v) = 1- ex p - d( u, v ) / 2d02n 增強(qiáng)處理。對(duì)高斯型高通濾波器稍加修改, 可得以下高斯型高通濾波函數(shù):h ( u, v) = ( rh- r l) 1- e- c( d (u ,v ) / d0) 2n + rld( u, v) = ( u- m/ 2) 2+ ( v- n / 2)21/2式中: d0 是u0 和v 0 為0 時(shí)的d( u, v ) 值, 表示截止頻率。對(duì)于一幅mn 的圖像, 傅里葉變換后的中心在( m/ 2, n / 2) 式需做平移處理。傳統(tǒng)的巴特沃思高通濾波器與同態(tài)濾波的傳遞函數(shù)十分相似, 巴特沃思高通濾波的傳遞函數(shù)為h (

44、 u, v) = 1/ ( 1+ d0 / d( u, v) ) 2n 根據(jù)兩者之間的相似性, 將高通濾波函數(shù)稍作修改即可得到對(duì)應(yīng)的巴特沃思高通濾波函數(shù):h ( u, v) = ( rh- r l) / ( 1+ cd 0/ d( u, v ) )2n+ rl。2.6 小結(jié)理想低通濾波器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(shí)將會(huì)導(dǎo)致邊緣信息損失而使圖像邊模糊；butterworth 低通濾波器在抑制噪聲的同時(shí)，圖像邊緣的模糊程度大大減小，沒有振鈴效應(yīng)產(chǎn)生；采用指數(shù)低通濾波器濾波在抑制噪聲的同時(shí)，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

45、效應(yīng)。梯形低通濾波器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)。四種高通濾波函數(shù)的選用類似于低通。理想高通有明顯振鈴現(xiàn)象，即圖像的邊緣有抖動(dòng)現(xiàn)象；butterworth 高通濾波效果較好，但計(jì)算復(fù)雜，其優(yōu)點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生微振鈴效果，但計(jì)算簡單，較常用。高通濾波器的濾波效果可以用原始圖像減去低通濾波圖像后得到。也可以將原始圖像乘以一個(gè)放大系數(shù)，然后再減去低通濾波圖像后得到高頻增強(qiáng)圖像。同態(tài)濾波增強(qiáng)是一種在頻域中同時(shí)將圖像亮度范圍進(jìn)行壓縮和將圖像對(duì)比度

46、進(jìn)行增強(qiáng)的方法。在同態(tài)濾波消噪中，先利用非線性的對(duì)數(shù)變換將乘性的噪聲轉(zhuǎn)化為加性的噪聲。用線性濾波器消除噪聲后再進(jìn)行非線性的指數(shù)反變換以獲得原始的無噪聲圖像。增強(qiáng)后的圖像是由分別對(duì)應(yīng)照度分量與反射分量的兩部分疊加而成。第三章 matlab基礎(chǔ)知識(shí)介紹3.1 matlab基本知識(shí)介紹3.1.1 matlab的概述matlab 是matrix laboratory（“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）的縮寫，是由美m(xù)ath works 公司開發(fā)的集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算和圖形可視化三大基本功能于一的，功能強(qiáng)大、操作簡單的語言。是國際公認(rèn)的優(yōu)秀數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。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

47、用的形式十分相似故用matlab來解算問題要比用c,fortran等語言完相同的事情簡捷得多。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(toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包.功能工具包用來擴(kuò)充matlab的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能.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.開放性使matlab廣受用戶歡迎.除內(nèi)部函數(shù)外,所有matlab主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過對(duì)源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包.3.1.2 matlab產(chǎn)生的歷史背景在70年代中期

48、,cleve molar博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用eispack和linpack的fortran子程序庫.eispack是特征值求解的foetran程序庫,linpack是解線性方程的程序庫.在當(dāng)時(shí),這兩個(gè)程序庫代表矩陣運(yùn)算的最高水平. 到70年代后期,身為美國new mexico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的cleve moler,在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí),想教學(xué)生使用eispack和linpack程序庫,但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用fortran編寫接口程序很費(fèi)時(shí)間,于是他開始自己動(dòng)手,利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫eispack和linpack的接口程序.cleve moler給這個(gè)接口程序取名

49、為matlab,該名為矩陣(matrix)和實(shí)驗(yàn)室(labotatory)兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合.在以后的數(shù)年里,matlab在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用,并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳. 1983年春天,cleve moler到stanford大學(xué)講學(xué),matlab深深地吸引了工程師john little. john little敏銳地覺察到matlab在工程領(lǐng)域的廣闊前景.同年,他和cleve moler, steve banger一起,用c語言開發(fā)了第二代專業(yè)版.這一代的matlab語言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能. 1984年,cleve moler和john l

50、ittle成立了math works公司,正式把matlab推向市場,并繼續(xù)進(jìn)行matlab的研究和開發(fā).在當(dāng)今30多個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中,就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言,可分為兩大類.一類是數(shù)值計(jì)算型軟件,如matlab,xmath,gauss等,這類軟件長于數(shù)值計(jì)算,對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高;另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件,mathematica,maple等,這類軟件以符號(hào)計(jì)算見長,能給出解析解和任意精確解,其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低.math works公司順應(yīng)多功能需求之潮流,在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上,又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號(hào)計(jì)算,文字處理,可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力,開發(fā)了適

51、合多學(xué)科,多部門要求的新一代科技應(yīng)用軟件matlab.經(jīng)過多年的國際競爭,matlab以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場的主導(dǎo)地位.在matlab進(jìn)入市場前，國際上的許多軟件包都是直接以fortranc語言等編程語言開發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄，接口簡陋，程序結(jié)構(gòu)不開放以及沒有標(biāo)準(zhǔn)的基庫，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。matlab的出現(xiàn)，為各國科學(xué)家開發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在matlab問世不久的80年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在matlab上重建。時(shí)至今日，經(jīng)過math works公司的不斷完善，matlab已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大大大型軟件。

52、在國外，matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，matlab已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，matlab被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問題。在國內(nèi)，特別是工程界，matlab一定會(huì)盛行起來?？梢哉f，無論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科，都能在matlab里找到合適的功能。3.2 matlab語言的特點(diǎn)一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點(diǎn)，正如同fortran和c等高級(jí)語言使人們擺脫了需要

53、直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語言的matlab，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。matlab最突出的特點(diǎn)就是簡潔。matlab用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了c和fortran語言的冗長代碼。matlab給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡單介紹一下matlab的主要特點(diǎn)。（1）語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。matlab程序書寫形式自由，利用起豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。可以說，用matlab進(jìn)行科技開發(fā)是站

54、在專家的肩膀上。（2）運(yùn)算符豐富。由于matlab是用c語言編寫的，matlab提供了和c語言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用matlab的運(yùn)算符將使程序變得極為簡短。 （3）matlab既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。?）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在matlab里，用戶無需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。（6）matlab的圖形功能強(qiáng)大。在fortran和c語言里，繪圖都很不容易，但在matlab里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。matlab還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。（7）matlab的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于matlab的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。（8）功能強(qiáng)大的工具箱是matlab的另一特色。matlab包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工