圖像濾波軟件的GUI設(shè)計(jì)

1、目錄第一章 設(shè)計(jì)環(huán)境及任務(wù)11.1設(shè)計(jì)環(huán)境11.2設(shè)計(jì)任務(wù)1第二章 設(shè)計(jì)過(guò)程22.1界面設(shè)計(jì)22.2各控件程序設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)32.2.1原圖讀取32.2.2退出32.3加噪42.3.1 高斯噪聲42.3.2椒鹽噪聲52.3.3乘性噪聲62.4濾波62.4.1高通濾波器62.4.2低通濾波7第三章 結(jié)果及問(wèn)題分析9第四章 總結(jié)10參考文獻(xiàn)11第一章 設(shè)計(jì)環(huán)境及任務(wù)1.1設(shè)計(jì)環(huán)境 MATLAB是當(dāng)前適用比較廣泛的數(shù)學(xué)軟件，在MATLAB中GUI1是一個(gè)包含多種對(duì)象的圖形窗口，并為GUI開(kāi)發(fā)提供一個(gè)方便高效的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境GUIDE。GUIDE主要是一個(gè)界面設(shè)計(jì)工具集，MATLAB將所有GUI支持的控

2、件都集成在這個(gè)環(huán)境中，并提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方式的設(shè)置方法。GUIDE將設(shè)計(jì)好的GUI保存在一個(gè)FIG文件中，同時(shí)還生成M文件框架。其中FIG文件包括GUI圖形窗口及其所有FIG文件包含序列化的圖形窗口對(duì)象；M文件包括GUI設(shè)計(jì)、控制函數(shù)以及定義為子函數(shù)的用戶(hù)控件回調(diào)函數(shù)。GUI創(chuàng)建包括界面設(shè)計(jì)和控件編程兩部分，主要步驟如下：通過(guò)設(shè)置GUIDE應(yīng)用程序的選項(xiàng)來(lái)運(yùn)行GUIDE；使用界面設(shè)計(jì)編輯器進(jìn)行界面設(shè)計(jì)；編寫(xiě)控件行為響應(yīng)控制（即回調(diào)函數(shù)）代碼。在MATLAB中，GUIDE提供多個(gè)模板來(lái)定制GUI。這些模板均已包括相關(guān)的回調(diào)函數(shù)，可以通過(guò)修改相應(yīng)的M文件函數(shù)實(shí)現(xiàn)指定功能。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)

3、 這次課程設(shè)計(jì)涉及到MATLAB中GUIDE工具的使用，通過(guò)創(chuàng)建菜單型界面，來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的處理。該設(shè)計(jì)打算通過(guò)編寫(xiě)不同的按鈕代碼，實(shí)現(xiàn)讀取原圖像然后對(duì)圖像進(jìn)行處理達(dá)到對(duì)比的效果，圖像處理包括不同參數(shù)加噪（高斯噪聲、椒鹽噪聲、乘性噪聲）以及濾波（高通濾波、低通濾波）等。第二章 設(shè)計(jì)過(guò)程2.1界面設(shè)計(jì) 在命令窗口中直接輸入guide命令，彈出如圖1所示的窗口，在彈出的guide quick start窗口中，在Create New GUI選項(xiàng)卡中選擇Blank GUI（default），并點(diǎn)擊確定按鈕，進(jìn)入圖形用戶(hù)界面來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)靜態(tài)界面，圖2就是Guide提供的圖形界面設(shè)計(jì)工具集【3】，在此界面下就

4、可以利用控件組件、文本菜單、排列工具等對(duì)系統(tǒng)的界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖1 圖2 各控件的放置如圖3所示，并通過(guò)屬性檢查器等對(duì)各控件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。因?yàn)樾枰獙?duì)讀入圖像分別加高斯噪聲，椒鹽噪聲，乘性噪聲后進(jìn)行高通濾波或者低通濾波，所以可以建立三個(gè)類(lèi)似的界面以便后面的回調(diào)函數(shù)關(guān)系見(jiàn)處理，然后通過(guò)對(duì)Push Button的回調(diào)函數(shù)使它們?nèi)齻€(gè)間建立關(guān)系。圖32.2各控件程序設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)2.2.1原圖讀取為了讀入原圖時(shí)操作方便，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過(guò)對(duì)話框的形式來(lái)選擇文件，選擇uigetfile函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，uigetfile函數(shù)顯示一個(gè)打開(kāi)文件對(duì)話框，該對(duì)話框自動(dòng)列出當(dāng)前路徑下的目錄和文件，然后可以根據(jù)自己需

5、求選擇不同圖片。為了實(shí)現(xiàn)讀入圖片功能需要在設(shè)計(jì)界面中右擊“讀入原圖”按鈕，選擇“callback”跳轉(zhuǎn)到回調(diào)函數(shù)的編寫(xiě)。在Matlab中，創(chuàng)建文件打開(kāi)對(duì)話框的函數(shù)是uigetfile。其主要代碼如下：fname,panme,index=uigetfile('*','選擇圖片');global a;if index str=panme fname; a=imread(str); set(handles.axes1,'HandleVisibility','ON'); axes(handles.axes1);imshow(a);為了兩個(gè)

6、坐標(biāo)都能讀入原圖，并且第一個(gè)坐標(biāo)讀入圖像后不再發(fā)生變化，需要加如下代碼： set(handles.axes1,'HandleVisibility','OFF'); axes(handles.axes2); imshow(a);End2.2.2退出當(dāng)我們操作結(jié)束時(shí)需要退出當(dāng)前界面退出，要實(shí)現(xiàn)此功能程序比較簡(jiǎn)單，如下所示；clc;close all;close(gcf);Clear；2.3加噪2.3.1 高斯噪聲高斯噪聲，顧名思義就是噪聲服從高斯分布，即某個(gè)強(qiáng)度的噪聲點(diǎn)個(gè)數(shù)最多，離這個(gè)強(qiáng)度越遠(yuǎn)噪聲點(diǎn)個(gè)數(shù)越少，且這個(gè)規(guī)律服從高斯分布。高斯分布也稱(chēng)正態(tài)分布，又稱(chēng)常態(tài)分布

7、，記為N（，2），其中，2為分布的參數(shù)，分別為高斯分布的期望和方差。當(dāng)有確定值時(shí)，p(x)也就確定了，特別當(dāng)=0，2=1時(shí)，X的分布為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。在MATLAB中，用函數(shù)imnoice（）實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的加入噪聲操作，產(chǎn)生高斯噪聲的函數(shù)是“gaussian”,調(diào)用的格式為J=imnoise(I,'gaussian',p1,p2);其中p1為高斯噪聲的均值，p2為方差。由于影響高斯噪聲的主要參數(shù)有均值和方差為了方便對(duì)參數(shù)的改變，所以這里設(shè)計(jì)一個(gè)輸入對(duì)話框，可以通過(guò)對(duì)話框來(lái)設(shè)置這兩個(gè)參數(shù)，如下一組命令建立了圖4所示的輸入對(duì)話框：prompt='參數(shù)1:','參

8、數(shù)2:'defans='0','0.02'p=inputdlg(prompt,'輸入?yún)?shù)',1,defans);p1=str2num(p1);p2=str2num(p2);圖4 為了實(shí)現(xiàn)加噪是對(duì)第二個(gè)坐標(biāo)圖像處理，需要加入代碼axes(handles.axes2)； 通過(guò)對(duì)高斯噪聲均值和方差的設(shè)置就可以得到加噪后的圖像。原圖加入高斯噪聲后效果如圖圖5所示：圖 52.3.2椒鹽噪聲 椒鹽噪聲類(lèi)似把椒鹽撒在圖像上，因此得名，是一種在圖像上出現(xiàn)很多白點(diǎn)或黑點(diǎn)的噪聲，如電視里的雪花噪聲等。椒鹽噪聲是指兩種噪聲，一種是鹽噪聲（salt noise）

9、，另一種是胡椒噪聲（pepper noise）。鹽=白色，椒=黑色。前者是高灰度噪聲，后者屬于低灰度噪聲。一般兩種噪聲同時(shí)出現(xiàn)，呈現(xiàn)在圖像上就是黑白雜點(diǎn)，椒鹽噪聲往往是由圖像切割引起的。椒鹽噪聲的產(chǎn)生函數(shù)是“salt&pepper”,調(diào)用格式為f=imnoise(a,salt&pepper,p1)，影響椒鹽噪聲的參數(shù)有一個(gè)，所以也需要加入?yún)?shù)輸入對(duì)話框代碼以便參數(shù)調(diào)整。加入?yún)?shù)為0.1的椒鹽噪聲的效果圖如圖6所示： 圖62.3.3乘性噪聲 乘性噪聲時(shí)信道特性隨機(jī)變化引起的噪聲，它主要表現(xiàn)在無(wú)線電通信傳輸信道中，例如，電離層和對(duì)流層的隨機(jī)變化引起信號(hào)不反應(yīng)任何消息含義的隨機(jī)變化，

10、而構(gòu)成對(duì)信號(hào)的干擾。這類(lèi)噪聲只有在信號(hào)出現(xiàn)在上述信道中才表現(xiàn)出來(lái)，它不會(huì)主動(dòng)對(duì)信號(hào)形成干擾，因此稱(chēng)之為乘性噪聲。乘性噪聲的產(chǎn)生函數(shù)是“speckle”,調(diào)用格式為f=imnoise(a,speckle,p1)，p1的參數(shù)（方差）也可以通過(guò)對(duì)話框得到。加入?yún)?shù)為0.02的乘性噪聲效果圖如圖7所示：圖72.4濾波2.4.1高通濾波器 高通濾波器讓高頻分量暢通無(wú)阻，而對(duì)低頻分量則充分限制。去掉信號(hào)中不必要的低頻成分，去掉低頻干擾的濾波器。高通濾波器是指車(chē)載功放中能夠讓中、高頻信號(hào)通過(guò)而不讓低頻信號(hào)通過(guò)的電路，其作用是濾去音頻信號(hào)中的低音成分，增強(qiáng)中音和高音成分以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的中音和高音單元。巴特沃斯濾

11、波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最平滑。巴特沃斯濾波器的特性巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒(méi)有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。 在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波得圖上,從某一邊界角頻率開(kāi)始,振幅隨著角頻率的增加而逐步減少,趨向負(fù)無(wú)窮大。利用巴特沃斯（Butterworth）低通濾波器對(duì)受噪聲干擾的圖像進(jìn)行平滑處理。二維理想高通濾波器的傳遞函數(shù)為： D0是從頻率矩形中點(diǎn)測(cè)得的截止頻率長(zhǎng)度，它將以D0為半徑的圓周內(nèi)的所有頻率置零，而毫不衰減地通過(guò)圓周外的任何頻率。但其物理上是不可實(shí)現(xiàn)的。巴特沃斯高通濾波器的傳遞函數(shù)為： 式中D0為截止頻率距遠(yuǎn)點(diǎn)

12、距離。與低通濾波器的情況一樣，可認(rèn)為巴特沃斯高通型濾波器比IHPF更平滑。設(shè)計(jì)中為二階巴特沃斯高通濾波器，所以代碼nn=2;選取截止頻率為25即d0=25;為了實(shí)現(xiàn)圖像先加噪需要加入代碼v=imnoise(a,'speckle');h=rgb2gray(v);設(shè)計(jì)效果如圖圖8所示：圖82.4.2低通濾波低通濾波器就是利用電容通高頻阻低頻，電感通低頻阻高頻，對(duì)于需要截止的高頻，利用電容吸收電感、阻礙的方法不使它通過(guò)，對(duì)于需要的低頻，利用電容高祖、電感低阻的特點(diǎn)使它通過(guò)。巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為： 設(shè)計(jì)中為二階巴特沃斯低通濾波器，所以代碼nn=2;選取截止頻率為50；設(shè)計(jì)效果

13、圖如圖9所示：圖9第三章 結(jié)果及問(wèn)題分析本次課設(shè)通過(guò)運(yùn)用MATLAB GUI設(shè)計(jì)，基本能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)圖像的加噪后濾波處理，課設(shè)中的要求也能夠較好實(shí)現(xiàn)，但是代碼如果進(jìn)一步改進(jìn)完善會(huì)更加完美。雖然本學(xué)期數(shù)字圖像處理課程實(shí)驗(yàn)部分我們使用過(guò)MATLAB，但是GUI設(shè)計(jì)部分卻很少接觸，所以本次課設(shè)遇到頗多的問(wèn)題。比如在加噪設(shè)置參數(shù)時(shí)雖然代碼中加入了參數(shù)對(duì)話框，但是通過(guò)對(duì)不同參數(shù)輸入發(fā)現(xiàn)加噪后圖像并沒(méi)有多大變化，最后經(jīng)過(guò)對(duì)這段代碼仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)原來(lái)顯示圖像函數(shù)imshow()放在了參數(shù)輸入代碼前，導(dǎo)致最后顯示出來(lái)的加噪圖像為參數(shù)為代碼中設(shè)置的默認(rèn)值的加噪，在將顯示圖像函數(shù)調(diào)到參數(shù)設(shè)置后此功能終于得到實(shí)現(xiàn)。在對(duì)圖

14、像濾波時(shí)起初不能確定是對(duì)其加噪后在進(jìn)行的濾波處理，通過(guò)慢慢研究在濾波代碼前加入了加噪函數(shù)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)是對(duì)其加噪后在濾波。最多的問(wèn)題就是設(shè)計(jì)中對(duì)代碼的理解和變量關(guān)系在運(yùn)行時(shí)總是出錯(cuò)，但是通過(guò)慢慢檢查改進(jìn)，最終使代碼功能得以實(shí)現(xiàn)。在對(duì)加噪后圖像高通濾波后因?yàn)闉V除了噪聲之外還濾除了圖像原來(lái)比較多的低頻信息，所以結(jié)果比較模糊，多為模糊的輪廓圖。對(duì)加噪后圖像低通濾波時(shí)濾除噪聲以外濾除了圖像中比較少的高頻成分，所以圖像變化相比高通不是太大，能夠辨認(rèn)出。14第四章 總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使自己對(duì)MATLAB GUI設(shè)計(jì)流程有了比較深刻的體會(huì)，同時(shí)也了解了一般軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程。由最初安裝MATLAB遇到的問(wèn)

15、題到代碼問(wèn)題最終到完全能夠?qū)崿F(xiàn)到圖像的濾波可以說(shuō)是困難重重，但是經(jīng)過(guò)慢慢的看書(shū)理解和同學(xué)以及老師的幫助最終還是順利完成綜合設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中碰到了很多的問(wèn)題，通過(guò)這些問(wèn)題，使自己分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力得到了較大的提高，同時(shí)我也認(rèn)識(shí)到平時(shí)不是我們學(xué)不會(huì)，而是根本沒(méi)有花時(shí)間去學(xué)，只要踏踏實(shí)實(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)，最終所有的問(wèn)題都不是問(wèn)題。雖然這次綜合設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但是，它為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了很好的基礎(chǔ)，對(duì)于MATLAB中基本的代碼也有了了解認(rèn)識(shí)，在后面的時(shí)間里我會(huì)通過(guò)資料認(rèn)真學(xué)習(xí)MALAB在圖形處理方面的問(wèn)題，為我的畢設(shè)做好準(zhǔn)備。參考文獻(xiàn)1羅華飛.MATLAB GUI設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)手記，北京航空航天大學(xué)出版社，2

16、009.8:2242652趙小川.MATLAB數(shù)字圖像處理實(shí)戰(zhàn)，機(jī)械工業(yè)出版社，2013.6:20423楊杰.數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn),電子工業(yè)出版社，2010:1552124姚敏. 數(shù)字圖象處理:機(jī)械工業(yè)出版，2011:981235 施曉紅.MATLAB精通GUI圖形界面編程，北京大學(xué)出版社，2003:1221566(美)岡薩雷斯等.數(shù)字圖像處理(第二版,英文版).電子工業(yè)出版社,2003:50647 賀興華等.MATLAB7.x圖像處理人民郵電出版社,2006：1121548 羅軍輝等.MATLAB7.0在圖像處理中的應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2005：64989樓順天等.MATLAB程

17、序設(shè)計(jì)語(yǔ)言.西安電子科技大學(xué)出版社，2000:8612010鄭阿奇，曹戈，趙陽(yáng).MATLAB實(shí)用教程M.北京：電子工業(yè)出版社2000:2344附錄（主要程序）：%讀入原圖片fname,panme,index=uigetfile('*','選擇圖片');global a;if index str=panme fname; a=imread(str); set(handles.axes1,'HandleVisibility','ON'); axes(handles.axes1); imshow(a); set(handles.axes

18、1,'HandleVisibility','OFF'); axes(handles.axes2); imshow(a);end%高斯噪聲global a;prompt='參數(shù)1:','參數(shù)2:'defans='0','0.02'p=inputdlg(prompt,'輸入?yún)?shù)',1,defans);p1=str2num(p1);p2=str2num(p2);f=imnoise(a,'gaussian',p1,p2);imshow(f);axes(handles.axes

19、2);%椒鹽噪聲global a;prompt=('輸入?yún)?shù):'); defans='0' p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);%創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2num(p1); f=imnoise(a,'salt & pepper',p1); axes(handles.axes1);imshow(f);axes(handles.axes2);%乘性噪聲global a;prompt=('輸入?yún)?shù):'); defans='0.02' p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);%創(chuàng)建數(shù)據(jù)輸入窗口 p1=str2num(p1);f=imnoise(a,'speckle',p1);imshow(f);axes(handles.axes2);%高通濾波global a;t