畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于matlab的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)

1、1論文成績論文成績學(xué)校基于基于 matlabmatlab 的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)姓姓 名名 x x 學(xué)學(xué) 號號 x x 課課 程程 數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理 專業(yè)年級專業(yè)年級 xxxx指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 xxxx xxxx 20112011 年年 1 1 月月 5 5 日日1目目 錄錄1前言前言.12設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)分析.12.1 設(shè)計(jì)目的.12.2 設(shè)計(jì)要求.12.3 總體設(shè)計(jì)分析.23實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法.231 文件打開.23.2 文件重載.43.3 rgb 轉(zhuǎn)換為灰度.43.4 文件保存.43.5 關(guān)閉.53.6 退出項(xiàng).63.7 垂直鏡像.73.8 水平鏡像.

2、73.9 圖像縮放.83.9 圖像旋轉(zhuǎn).93.10 反色.103.10 直方圖均衡.113.11 全局線性變換.113.12 分段線性變換.113.13 添加噪聲.123.13 平滑處理選項(xiàng).133.13 銳化處理.143.14 偽彩色增強(qiáng).154調(diào)試以及分析調(diào)試以及分析.155結(jié)論結(jié)論.15參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).16致致 謝謝.161基于基于 matlabmatlab 的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)學(xué) 生：x指導(dǎo)老師：x(學(xué)校 系，地名 郵編)1前言前言數(shù)字圖像處理技術(shù)是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，隨著圖像處理理論和方法的進(jìn)一步完善，使得數(shù)字圖像處理

3、技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并顯示出廣闊的應(yīng)用前景。matlab 既是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語言，同時(shí)又是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺。它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開發(fā)提供了最核心的數(shù)學(xué)和高級圖形工具。根據(jù)它提供的 500 多個(gè)數(shù)學(xué)和工程函數(shù)，工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者可以在它的集成環(huán)境中交互或編程以完成各自的計(jì)算。matlab 中集成了功能強(qiáng)大的圖像處理工具箱。由于 matlab 語言的語法特征與 c 語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式，而且這種語言可移植性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)、再加上其中有豐富的圖像處理函數(shù)，所以 matlab 在圖像處理的應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。2

4、設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)分析2.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的綜合運(yùn)用 matlab 工具箱實(shí)現(xiàn)圖像處理的 gui 程序設(shè)計(jì)。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求(1) 學(xué)習(xí)各種簡單的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)對圖像的基本操作，如圖像的打開，關(guān)閉，保存；數(shù)字圖像的基本處理，如圖像放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、位移、濾波、銳化等。(2) 菜單欄包括：文件，幾何變換，灰度處理（點(diǎn)運(yùn)算） ，圖像增強(qiáng)等項(xiàng)。(3) 主界面部分包含兩個(gè)圖像顯示，和部分按鈕及需要輸入的參數(shù)。由于界面大小有限，部分功能留在菜單欄中。(4) 描述所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能和所用的算法，對系統(tǒng)的功能和算法進(jìn)行詳細(xì)的論述。(5) 編寫程序代碼和調(diào)試程序，設(shè)計(jì)一個(gè)基于 matlab 的數(shù)字圖像處

5、理系統(tǒng)。22.3 總體設(shè)計(jì)分析總體設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)圖形的初始界面如圖 2.1 所示： 圖 2.1 軟件界面本軟件在菜單欄添加了四個(gè)菜單選項(xiàng)，分別實(shí)現(xiàn)文件操作、幾何變換、灰度處理及圖像增強(qiáng)等多種功能。頭部是用四個(gè)靜態(tài)框組成。用一個(gè) axes 控件顯示原始圖像，另一個(gè) axes 控件顯示每一步處理后的圖像。對于坐標(biāo)是用來對比縮放圖像時(shí)查看其效果的。3實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法具體設(shè)計(jì)主要有四個(gè)部分組成，分別是文件、幾何變換、灰度處理及圖像增強(qiáng)，然后每一部分又有不同的選項(xiàng)，文件中包括：打開、重載、rgb 轉(zhuǎn)換為灰度、保存處理結(jié)果、關(guān)閉及退出；幾何變換中包括：垂直鏡像、水平鏡像、圖像縮放及圖像旋轉(zhuǎn)；灰度處理包括：反

6、色、直方圖均衡、全局線性變換及分段線性變換；圖像增強(qiáng)中有：加噪聲、平滑、銳化及偽彩色增強(qiáng)。其中加噪聲又有兩種，椒鹽噪聲和高斯噪聲；平滑中包括鄰域平均法和中值平均法；銳化分為梯度銳化和拉普拉斯銳化；偽彩色增強(qiáng)包括亮度切割法和灰度級彩色變換法。下面就其程序及效果做詳細(xì)說明。31 文件打開文件打開程序說明：為了讓使用者方便的使用，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過對話框的形式來選擇文件，選擇uigetfile 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，uigetfile 函數(shù)顯示一個(gè)打開文件對話框，該對話框自動列出當(dāng)前路徑下的3目錄和文件，由于這個(gè) gui 程序的操作對象是圖像文件，所以設(shè)置這里的缺省后綴名為“.jpg” 。uigetfil

7、e 函數(shù)的調(diào)用格式為name,path=uigetfile()，在按下對話框中的執(zhí)行按鈕“打開”后，返回選擇的文件名和路徑，分別保存到“name”和“path”中。如果按下取消按鈕或是發(fā)生錯(cuò)誤，則返回值是 0。根據(jù)返回值的情況，如果是 0，則彈出提示錯(cuò)誤的對話框，否則，通過imread 函數(shù)讀出圖像數(shù)據(jù)，把圖像數(shù)據(jù)賦值給全局變量 i。運(yùn)行效果： 圖 3.1 文件打開圖3.2 文件重載文件重載其實(shí)文件重載和文件打開是相差不大的，基本功能相同。主要區(qū)別是重新載入一張要求處理的圖片，相當(dāng)于給全局變量 i 符新值。3.3 rgb 轉(zhuǎn)換為灰度轉(zhuǎn)換為灰度程序說明：由于小軟件中有許多功能是針對于灰度圖像進(jìn)行

8、處理的，所以在進(jìn)行這些操作之前是必須轉(zhuǎn)化成灰度的，轉(zhuǎn)換成灰度也成了必備的功能了。其實(shí)轉(zhuǎn)換非常簡單，只需要調(diào)用函數(shù) rgb2gray(),然后將保存圖像的變量放入括號即可。運(yùn)行效果：4 圖 3.2 真彩轉(zhuǎn)灰度圖3.4 文件保存文件保存程序說明：同樣也通過對敵框的形式來保存圖像數(shù)據(jù)，通過 uigetfile 函數(shù)選擇文件名和路徑，用imwrite 函數(shù)，把數(shù)據(jù) i 存到指定的文件中。運(yùn)行效果：5 圖 3.3 文件保存圖3.5 關(guān)閉關(guān)閉程序說明：關(guān)閉只是對當(dāng)前的操作進(jìn)行關(guān)閉，把顯示的兩副圖置為空白，并且把程序中的數(shù)據(jù) i 也清空，恢復(fù)到打開時(shí)的狀態(tài)。運(yùn)行效果：6 圖 3.4 點(diǎn)擊關(guān)閉前圖 圖 3.5

9、 點(diǎn)擊關(guān)閉后的效果圖73.6 退出項(xiàng)退出項(xiàng)退出，顧名思義就是退出整個(gè)軟件，把所有的窗口及操作都終止。3.7 垂直鏡像垂直鏡像運(yùn)行效果： 圖 3.6 垂直鏡像圖3.8 水平鏡像水平鏡像運(yùn)行效果：8 圖 3.6 水平鏡像圖3.9 圖像縮放圖像縮放程序說明：使用函數(shù) imresize 來實(shí)現(xiàn)對圖像的放大或縮小。插值方法可選用三種方法，最近鄰插值，雙線性插值，雙三次插值。該函數(shù)的調(diào)用格式為：b=imresize(a,m,method)。其中，參數(shù) method 用于指定插值的方法，本軟件中設(shè)置其為“bilinear” ，縮放的倍數(shù)由用戶自己設(shè)定。運(yùn)行效果：9 圖 3.7 放大圖 圖 3.8 縮小圖運(yùn)行

10、效果：10 圖 3.9 旋轉(zhuǎn) 45 度圖運(yùn)行效果： 圖 3.11 反色效果圖113.10 直方圖均衡直方圖均衡運(yùn)行效果： 圖 3.12 直方圖均衡效果圖3.11 全局線性變換全局線性變換運(yùn)行效果123.12 分段線性變換分段線性變換運(yùn)行效果133.13 添加噪聲添加噪聲經(jīng)常用到的噪聲有二種，高斯噪聲，椒鹽噪聲，可以通過以下兩個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)：y=imnoise(handles.img,gaussian,p);%高斯噪聲y=imnoise(x,salt & pepper,p); %椒鹽噪聲p的參數(shù)設(shè)定默認(rèn)值為0.02，原圖加入高斯噪聲和椒鹽噪聲后結(jié)果分別如圖3.13和圖3.14所示。 圖3.13 加

11、椒鹽噪聲圖14 圖3.14 加高斯噪聲圖3.13 平滑處理選項(xiàng)平滑處理選項(xiàng)將圖像平滑可以用鄰域平均法和中值濾波法。 領(lǐng)域平均法的思想是用像素及其指定鄰域內(nèi)像素的平均值或加權(quán)平均值作為該像素的新值，以便去除突變的像素點(diǎn)，從而濾除一定的噪聲。常用的模板是全 1 的矩陣，然后求平均。鄰域平均法的主要優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，但它在降低噪聲的同時(shí)使圖像產(chǎn)生模糊，特別是在邊緣和細(xì)節(jié)處。模板尺寸越大，則圖像模糊程度越大。由于鄰域平均法去鄰域平均值，因而噪聲也被平均到平滑圖像中，它對椒鹽噪聲的平滑效果并不理想。 中值濾波法是一種非線性濾波，它能在濾除噪聲的同時(shí)很好地保持圖像邊緣。中值濾波的原理很簡單，它把以某像素為中

12、心的小窗口內(nèi)的所有像素的灰度按從小到大的順序，取排序結(jié)果的中間值作為該像素的灰度值。為方便操作，中值濾波通常取含奇數(shù)個(gè)像素的窗口?？梢杂煤瘮?shù)來使圖像平滑即 y=medfilt2(i,5,5);其中 y 表示處理后的圖像，i 表示原圖像。153.13 銳化處理銳化處理圖像的銳化的目的是使模糊的圖像變清晰，增強(qiáng)圖象邊緣等細(xì)節(jié)。為了能增強(qiáng)任何方向的邊緣，將圖像銳化的方法有梯度算子和拉普拉斯算子。而梯度算子包括水平垂直差分法和 robert交叉算子，其中 robert 交叉算子使用 2*2 鄰域內(nèi)的兩對角像素來計(jì)算兩個(gè)偏導(dǎo)數(shù)，是一階微分。拉普拉斯算子是一種各向同性的二階微分算子，其常用的模板有0 -1

13、 0;-1 4 -1;0 -1 0、-1 -1 -1;-1 8 -1;-1 -1 -1、1 -2 1;-2 4 -2; 1 -2 1等。對圖像進(jìn)行銳化可以用的函數(shù)為： 梯度算子：y=edge(i,roberts); 其中 y 表示處理后的圖像，i 表示原圖像， 拉普拉斯算子：h=0 -1 0;-1 4 -1;0 -1 0;y=conv2(i,h,same);x=i-y; 其中 x 表示處理后的圖像，h 是拉普拉斯算子的模板，i 表示原圖像。3.14 偽彩色增強(qiáng)偽彩色增強(qiáng)偽彩色增強(qiáng)是把黑白圖像的各不同灰度級按照線性或非線性的映射函數(shù)變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像的技術(shù)。它使原圖像細(xì)節(jié)更易辨認(rèn)

14、，目標(biāo)更容易識別。偽彩色增強(qiáng)的方法主要有以下三種。 密度分割法 灰度級一彩色變換 頻率域偽彩色增強(qiáng)密度分割法或稱強(qiáng)度分割法是偽彩色增強(qiáng)中一種最簡單的方法，如圖 3.4.4 所示。它是把黑白圖像的灰度級從 0(黑)到 m0(白)分成n個(gè)區(qū)間ii(i1，2，n)，給每個(gè)區(qū)間ii指定一種彩色ci，這樣，便可以把一幅灰度圖像變成一幅偽彩色圖像。此法比較直觀簡單，缺點(diǎn)16是變換出的彩色數(shù)目有限。4調(diào)試以及分析調(diào)試以及分析在程序設(shè)計(jì)過程中遇到了許多問題例如一個(gè)函數(shù)只能對灰度圖像處理，不能對 rgb 圖像處理，那么如何才能對 rgb 圖像處理呢？了解 matlab 和數(shù)字圖像處理的人都知道用到的很多函數(shù)是針

15、對二維數(shù)據(jù)的，而 rgb 圖像的數(shù)據(jù)是一個(gè)三維矩陣，所以處理要與灰度圖像不同，在開始的時(shí)候，我認(rèn)為應(yīng)該找一個(gè)能夠應(yīng)用于三維矩陣的函數(shù)，結(jié)果卻沒找到，后來想到可以把三維數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，同樣使用二維的函數(shù)，只要是同樣處理三次。比如，彩色圖像的濾波處理，直方圖均衡等。再例如同一個(gè)操作對灰度圖像可以使用，當(dāng)用戶選擇的是彩色圖像時(shí)，該操作就會出錯(cuò)？這是由于設(shè)計(jì)程序時(shí)，本身程序是有針對性的，有些程序只能對灰度圖像有效，有些對彩色圖像有效，但是用戶并不清楚這些，所以在設(shè)計(jì)的過程中就要考慮全面，要分開設(shè)計(jì)。在本次課程設(shè)計(jì)中，我均對每個(gè)程序的開始時(shí)，用 if isrgb（x）進(jìn)行判斷。等等很多問題都要自己去查

16、閱資料，分析問題并解決問題。5結(jié)論結(jié)論通過本次課程設(shè)計(jì)，對 matlab gui 設(shè)計(jì)流程有了比較深刻的了解與體會，同時(shí)也了解了一般軟件設(shè)計(jì)的過程。在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多的問題，通過解決這些問題，使用軟件的能力得到了很大的提高。matlab 具有非常強(qiáng)大的二維和三維繪圖功能，各種科學(xué)運(yùn)算結(jié)果的可視化非常專業(yè)。計(jì)算的可視化可以將雜亂的數(shù)據(jù)通過圖形表示從中觀察出其內(nèi)在的關(guān)系。matlab 可以使用不同的線形、彩色、數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記等來修飾圖像，也可以設(shè)計(jì)出圖形用戶界面，很方便。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1關(guān)于數(shù)字圖像處理的中外文文獻(xiàn)資料 如：數(shù)字圖像處理 阮秋琦 阮宇智等譯 電子工業(yè)出版社2程序編譯相關(guān)書籍3.matlab 在圖像處理中的應(yīng)用 于廣州 楊秀娟 廣州海洋大學(xué)4.基于 matlab 的圖像處理的研究 鄧洪濤 趙慶展 石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5.基于 matlab 的圖像處理方法及分析 劉翠艷 天