完美升級版】基于MATLAB的圖像銳化算法研究畢業(yè)論文說明書

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。┲斜贝髮W(xué)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)院：信息商務(wù)學(xué)院專業(yè)：電子信息工程題目:信息處理綜合實(shí)踐：基于MATLAB的冬像銳化算法研究指導(dǎo)教師：陳平職稱：副教授2013 年12月15日中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1314 學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：信息商務(wù)學(xué)院專業(yè)：電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目：彳基于MATLAB的圖像銳化算法研起迄 日期： 2013年12月16日2013年12月27日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師：陳平系 主 任：王浩全下達(dá)任務(wù)書日期：2013 年12月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)目的：1、通過本課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)知識，

2、使課堂學(xué) 習(xí)的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，通過本課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐使學(xué)生具有一定的實(shí) 踐操作能力；2、掌握Matlab使用方法，能熟練運(yùn)用該軟件設(shè)計(jì)并完成相應(yīng)的信 息處理；3、通過圖像處理實(shí)踐的課程設(shè)計(jì)， 掌握設(shè)計(jì)圖像處理軟件系統(tǒng)的思 維方法和基本開發(fā)過程。2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：(1) 基于理想高通濾波器的圖像銳化；(2) 基于高斯高通濾波器的圖像銳化；(3) 基于高提升濾波的圖像銳化；(4) 通過采用有針對性的圖像的，對比分析上述三種銳化算法的 結(jié)果(5) 要求每位學(xué)生進(jìn)行查閱相關(guān)資料，并寫出自己的報(bào)告。注意每 個學(xué)生的報(bào)告要有所側(cè)重，寫出自己所做的內(nèi)容。3.

3、 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：每個同學(xué)獨(dú)立完成自己的任務(wù)，每人寫一份設(shè)計(jì)報(bào)告，在課程設(shè)計(jì) 論文中寫明自己設(shè)計(jì)的部分，給出設(shè)計(jì)結(jié)果。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4. 主要參考文獻(xiàn)：1. 阮秋琦等.數(shù)字圖像處理（第三版）北京：電子工業(yè)出版社.20112. 岡薩雷斯等.數(shù)字圖像處理（MATLA版）.北京：電子工業(yè)出版社.20013. 楊杰等.數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)：學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).北京：電子工業(yè)出版社.20104. 劉衛(wèi)國等.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：高等教育出版社.20065. 許國根等.模式識別與智能計(jì)算的 MATLA實(shí)現(xiàn).北京：北京航空航天大學(xué)

4、出版社.20125. 設(shè)計(jì)成果形式及要求:畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書仿真結(jié)果6. 工作計(jì)劃及進(jìn)度：2013 年12月16日 12月19日：查資料；12月19日 12月24日：在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下設(shè)計(jì)方案；12月25日 12月27日：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書；12月27日：答辯系主任審查意見：簽字:目錄1 緒論 11.1 MATLAB 簡介 11.2 MATLAB 對圖像處理的特點(diǎn) 11.3 圖像銳化概述 21.4 圖像銳化處理的現(xiàn)狀和研究方法 22 設(shè)計(jì)目的 23 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 24 總體設(shè)計(jì)方案分析 25 主要算法及程序 45.1 理想高通濾波器銳化程序 45.2 高斯高通濾波器銳化程序 55.3 高提升濾波器

5、銳化程序 66 算法結(jié)果及比較分析 86.1 理想高通濾波器銳化結(jié)果 86.2 高斯高通濾波器銳化結(jié)果 96.3 高提升濾波器銳化結(jié)果 106.4 算法結(jié)果比較分析 117 設(shè)計(jì)評述 11參考文獻(xiàn) 121 緒論數(shù)字圖像處理( Digital Image Processing )又稱為計(jì)算機(jī)圖像處 理，它最早出現(xiàn)于 20世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水 平，人們開始利用計(jì)算機(jī)來處理圖形和圖像信息。數(shù)字圖像處理作為一門 學(xué)科大約形成于 20 世紀(jì) 60 年代初期。圖像處理的基本目的是改善圖像的 質(zhì)量。它以人為對象，改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是 質(zhì)量低的圖像，輸出的

6、是改善質(zhì)量后的圖像，常見的圖像處理方法有圖像 增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等。圖像處理技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視 并取得了重大的開拓性成就， 屬于這些領(lǐng)域的有航空航天。 生物醫(yī)學(xué)工程、 工業(yè)檢測、公安司法、軍事制導(dǎo)、文化藝術(shù)等，使圖像處理成為一門引人 注意、前景遠(yuǎn)大的新型科學(xué)。隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī) 技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理更高、更深層 次發(fā)展。1.1 MATLAB 簡介MATLA全稱Matrix Laboratory (矩陣實(shí)驗(yàn)室)，最早初由美國Cleve Moler 博士在 20世紀(jì) 70 年代末講授矩陣?yán)碚摵蛿?shù)據(jù)分析等課程時編寫的 軟件包 Lin

7、pack 和 Eispack 組成。它用于數(shù)學(xué)、信息工程、搖感、機(jī)械工 程、計(jì)算機(jī)等專業(yè)。它的推廣得到各個領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功 能為各個領(lǐng)域應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，各個領(lǐng)域的專家相繼推出MATLA工具箱，而且工具箱還在不斷發(fā)展，借助于這些工具箱，各個層次的研究人員可直 接、直觀、方便地進(jìn)行工作，從而節(jié)省大量的時間。目前，MATLA語言已經(jīng)成為科學(xué)計(jì)算、系統(tǒng)仿真、信號與圖像處理的主流軟件。本文主要從 MATLABB像處理方面做應(yīng)用。1.2 MATLAB寸圖像處理的特點(diǎn)MATLAB全稱Matrix Laboratory （矩陣實(shí)驗(yàn)室），是一種主要用于矩 陣數(shù)據(jù)值計(jì)算的軟件，因其在矩陣運(yùn)算上的特點(diǎn)

8、，使得MATLAB在處理圖像上具有獨(dú)特優(yōu)勢，理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，而計(jì)算機(jī)在 處理圖像數(shù)字時，首先必須寸其在空間和亮度上進(jìn)行數(shù)字化，這就是圖像 的采樣個量化的過程。二維圖像均勻采樣，課得到一副離散化成NX N樣本的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一個整數(shù)列陣，因而用矩陣來描述該數(shù)字圖 像是最直觀最簡便的。1.3 圖像銳化概述數(shù)字圖像處理中圖像銳化的目的有兩個：一是增強(qiáng)圖像的邊緣，使模 糊的圖像變得清晰起來；這種模糊不是由于錯誤操作，就是特殊圖像獲取 方法的固有影響。二是提取目標(biāo)物體的邊界，寸圖像進(jìn)行分割，便于目標(biāo) 區(qū)域的識別等。通過圖像的銳化，使得圖像的質(zhì)量有所改變，產(chǎn)生更適合 人觀察和識

9、別的圖像。1.4 圖像銳化處理的現(xiàn)狀和研究方法數(shù)字圖像經(jīng)過轉(zhuǎn)換和傳輸后，難免會產(chǎn)生模糊。圖像銳化的主要目的 在于補(bǔ)償圖像邊緣輪廓、突出圖像的邊緣信息以使圖像顯得更為清晰，從 而符合人類的觀察習(xí)慣。圖像銳化的實(shí)質(zhì)是增強(qiáng)原圖像的高頻分量。邊緣 和輪廓一般位于灰度突變的地方，因此和自然地利用灰度差分提取出來。 本次設(shè)計(jì)就是利用 Matlab 實(shí)現(xiàn)圖像銳化，具體的是利用 Matlab 基于理想 高通濾波器的圖像銳化；基于高斯高通濾波器的圖像銳化；基于高提升濾 波的圖像銳化的功能。2 設(shè)計(jì)目的通過本課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)知識，使課堂學(xué)習(xí)的 理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，通過本課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐使學(xué)生具有

10、一定的實(shí)踐操作 能力；掌握 Matlab 使用方法，能熟練運(yùn)用該軟件設(shè)計(jì)并完成相應(yīng)的信息 處理；通過圖像處理實(shí)踐的課程設(shè)計(jì)，掌握設(shè)計(jì)圖像處理軟件系統(tǒng)的思維 方法和基本開發(fā)過程。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 基于理想高通濾波器的圖像銳化；基于高斯高通濾波器的圖像銳化； 基于高提升濾波的圖像銳化；通過采用有針對性的圖像的，對比分析上述 三種銳化算法的結(jié)果要求每位學(xué)生進(jìn)行查閱相關(guān)資料， 并寫出自己的報(bào)告。 注意每個學(xué)生的報(bào)告要有所側(cè)重，寫出自己所做的內(nèi)容。4 總體設(shè)計(jì)方案分析圖像的邊緣、 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。頻率域銳化就是為了消除模糊，突出邊緣。因此采用高通 濾波

11、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。高通濾波器的濾波效果町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。理想高通濾波器(IHPF)傳遞函數(shù)為：，D0是指定非負(fù)數(shù)值，D( u, v) 是(u，v)點(diǎn)距頻率中心的距離。如果要研究的圖像尺寸為M X N,則它的變換也有相同的尺寸。在半徑為 D0 的圓內(nèi)，所有頻率無衰減地通過 濾波器，而在此半徑之外的所有頻率完全被衰減掉，對圓外的頻率成分則 無損通過?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)，但不可能用電子元器件實(shí)現(xiàn)(如圖4.1 )。圖4.1_D2(u,v)、2 D

12、 2高斯高通濾波器傳遞函數(shù)為：h(u,v) = 1 - e0 ,D (u,v)是距傅立葉變換中心原點(diǎn)的距離，D0是截止頻率。當(dāng)D (u, v) =DC時,濾波器下降到它最大值的0.607倍處。由于高斯低通濾波器的傅里葉反變 換也是高斯的，這就是說通過公式的傅里葉反變換而得到的空間高斯濾波 器將沒有振鈴。高斯低通濾波器的傅立葉變換也是高斯的(如圖4.2 )。i/iuLHitk rjd c t M h i圖4.2高提升濾波一般用于使得圖片更加清晰。其步驟大致如下，首先將圖 片模糊化，然后從原圖中，將其模糊形式去除。gmask(x, y)二f (x, y) - f (x, y),從而得到圖像的反銳化

13、掩蔽，然后用將其 疊加至原圖上，從而使得圖像更清晰。g(x, y f (x, y) k Qmask(x, y), 當(dāng)k=1的時候，這個操作稱為反銳化掩蔽。當(dāng)k1時候，這個操作稱為高提升濾波。其實(shí)，高提升濾波也是一種銳化濾波，其強(qiáng)調(diào)的也是圖像的邊 緣部分。5主要算法及程序5.1 理想高通濾波器銳化程序： (以 D0=10 為例) : I1=imread(123.jpg);figure(1); imshow(I1);title(原圖);f=double(I1);% 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為雙精度型g=fft2(f);%進(jìn)行二維傅里葉變換g=fftshift(g);% 把快速傅里葉變換的DC 組件移到光譜中心M,

14、N=size(g);d0=10;%cutoff frequency 以 10 為例m=fix(M2); n=fix(N2);for i=1:Mfor j=1:N d=sqrt(i-m)A2+(j-n)A2);if(dvuu_0806Onginal-Result200 400 600800 1000b)ResiJt of gauss tan tttef(77Yh colonn)200 400 600 800 1000c).Resiit of aausstan tttor77th colonn)05 -OX) 1?00 400 600 800 1000d) Result of Hiqhboots

15、Fttemq(77th cokonn)8 6 4OO.02O.圖 6.166.4算法結(jié)果比較分析理想高通濾波器濾波后的圖像無直流分量，但灰度的變化部分基本保 留。高斯高通濾波器得到的結(jié)果比更為平滑，結(jié)果圖像中對于微小的物體 (如斑點(diǎn))和細(xì)條的過濾也是較為清晰的。高提升濾波既包含低頻分量， 又包含增強(qiáng)了的高頻信息，圖像包含的信息更加豐富，對比度更強(qiáng)。且隨 k值增大，圖像銳化增強(qiáng)效果越弱。7設(shè)計(jì)評述圖像銳化(sharpening)和平滑恰恰相反，它是通過增強(qiáng)高頻分量來減 少圖象中的模糊，因此又稱為高通濾波(high pass filter)。銳化處理 在增強(qiáng)圖象邊緣的同時增加了圖象的噪聲。在圖象邊

16、界輪廓的部分要采用高通濾波。因?yàn)檫吔巛喞叶戎迪嗖詈艽?，呈現(xiàn)出高頻特性。而圖像內(nèi) 部則是灰度變化平緩，對應(yīng)的應(yīng)該是低頻部分。通過為期兩周的MATLA課程設(shè)計(jì)，我對MATLA這個仿真軟件有了更 進(jìn)一步的認(rèn)識和了解。在這兩周時間里，我通過自己摸索，查閱資料，并 且在指導(dǎo)老師田老師的指導(dǎo)下完成了：基于 matlab 的圖像銳化算法研究； 在整個設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力， 樹立了對知識應(yīng)用的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫 助，并且提高了自己的動手實(shí)踐操作能力，使自己充分體會到了在設(shè)計(jì)過 程中的成功喜悅。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前，覺得課程設(shè)計(jì)只是對知識的單純總結(jié)，但是 通過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面，課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所 學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，也是對自己能力的一種提高，通過這次課程設(shè)計(jì)使自 己明白了原來的那點(diǎn)知識是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過這次 課程設(shè)