圖像預(yù)處理流程

1、圖像預(yù) 處Wq 流程原始圖像輸 圖.增強(qiáng) 圖像濾波 圖像二侑化圖像表母字 圖圖像預(yù)處理流程圖系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要依靠圖像處理技術(shù)，按照上面的流程一一實現(xiàn)，每一部分的具 體步驟如下：1原始圖像：由數(shù)碼相機(jī)或其它掃描裝置拍攝到的圖像；2預(yù) 處理：對采集到的圖像進(jìn)行灰度化、圖像增強(qiáng)，濾波、二值化等處理以克 服圖像干擾；3字輪定位：用圖像剪切的方法獲取儀表字輪；4字符分割：利用字符輪廓凹凸檢測定位分割方法得到單個的字符；5字符識別：利用模板匹配的方法與數(shù)據(jù)庫中的字符進(jìn)行匹配從而確認(rèn)出字符， 得到最后的儀表示數(shù)。2.3.1 MATLAB 簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的

2、商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可 視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB1矩陣實驗室(Matrix Laboratory )的簡稱，和 Mathematica、Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其 他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像 處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB勺基本數(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

3、MATLA睞解算問題要比用 C, FORTRAW語言完相同的事情簡捷 得多，并且mathwork也吸收了像 Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLABS為一個強(qiáng)大的 數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C, FORTRAN C+ , JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLABS數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLABJ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。2.3.2 MATLAB的優(yōu)勢和特點 1、MATLAB勺優(yōu)勢(1)友好的工作平臺和編程環(huán)境MATLABi一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB勺函數(shù)和文件，其中許多工具采用的

4、是圖形用戶界面。包括MATLABg面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。 隨著MATLAB勺商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB勺用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本 的MATLABS供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的 編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且 能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進(jìn)行出錯原因分析。 (2)簡單易用的程序語言MATLA更一種高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 輸入和輸出和面向

5、對象編程特點。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令 同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序( M文件)后再一起運(yùn)行。新 版本的MATLABS言是基于最為流行的 C+語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C+十語言極為相似，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。 使之更利于非計算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性 極強(qiáng)，這也是 MATLAB夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。 (3)強(qiáng)大的科學(xué)計算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLA更一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都

6、 是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB勺編程工作量會大大減少。MATLAB勺這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的 問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求 解、符號運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn) 算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動 態(tài)仿真等。(4)出色的圖形處理功能圖形處理功能 MATLAB!產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)

7、可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(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、動畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。 新版本的MATLAB寸整個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(例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等)方面更 加完善，而且對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?樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊 的可視化要求，例如圖形對話等，MATLA班有相應(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MATLAB5著重在圖形用戶界面( G

8、UI)的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。(5)應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB寸許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來說， 它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估 不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLABi經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、 優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng) 辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)

9、開發(fā)、定 點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱( Toolbox )家族中有了自己 的一席之地。(6)實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLABT以利用MATLAE®譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己 的MATLA卸序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB1行的C和C+弋碼。允許用戶編寫可以和MATLAB!行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB頁服務(wù)程序還容許在 Web應(yīng)用中使用自己的 MATLA嗷學(xué)和圖形程序。MATLA由勺一個重要特色就是具有 一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAE0數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)

10、用而定制的，主要包括信 號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。(7)應(yīng)用軟件開發(fā)(包括用戶界面)在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持 了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能， 包括對性對起連接注釋等； 在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。 2、MATLAB勺特點(1)此高級語言可用于技術(shù)計算；(2)此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理；(3)交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題；(4)數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等；(5)二維和三維圖

11、形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)；(6)各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面；(7)各種函數(shù)可將基于 MATLAB勺算法與外部應(yīng)用程序和語言(如C、C+、Fortran、Java、COM以及 Microsoft Excel )集成。2.3.3 MATLAB圖像處理MATLA&開始時是一種專門用于矩陣數(shù)值計算的軟件，從這一點上也可以看出， 它在矩陣運(yùn)算上有自己獨特的特點。實際上 MATLA葉的絕大多數(shù)的運(yùn)算都是通過矩陣 這一形式進(jìn)行的。這一特點也就決定了 MATLA衽處理數(shù)字圖像上的獨特優(yōu)勢。理論上 講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)，然而在計算機(jī)上對圖像進(jìn)行數(shù)字處理的時候，首先必須對其在空間和亮度上

12、進(jìn)行數(shù)字化，這就是圖像的采樣和量化的過程。二維圖像進(jìn)行均 勻采樣，就可以得到一幅離散化成MXN樣本的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一個整數(shù)陣列， 因而用矩陣來描述該數(shù)字圖像是最直觀最簡便的了。而MATLAB勺長處就是處理矩陣運(yùn)算，因此用MATLA&t理數(shù)字圖像非常的方便。MATLAB持五種圖像類型，即索引圖像、灰度圖像、二值圖像、RGES像和多幀圖像陣列；支持 BMP GIF、HDF JPEG PCX PNG TIFF、XWD CUR ICO等圖像文件格 式的讀，寫和顯示。MATLA酎圖像的處理功能主要集中在它的圖像處理工具箱(ImageProcessing Toolbox )中。圖像處理工具

13、箱是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成， 可以進(jìn)行諸如幾何操作、線性濾波和濾波器設(shè)計、圖像變換、圖像分析與圖像增強(qiáng)、二 值圖像操作以及形態(tài)學(xué)處理等圖像處理操作。下面進(jìn)行簡單說明： (1)圖像的讀寫與顯示MATLA呼利用函數(shù)imread來實現(xiàn)圖像文件的讀取操作。其主要格式有以下幾種類 型：A=imreadX,map=iimread ()=imread(filename)=imrad(URL,)MATLAB利用函數(shù)imwrite來實現(xiàn)圖像文件的寫入操作， 與imread函數(shù)的作用相 對，其主要調(diào)用格式有以下幾種：imwrite(A,iimwrite(X,map,imwrite(,filename)

14、imwrite(，Param1,Val1,Param2,Val2 )在MATLA沖用于顯示圖像的方式有兩種，一種是使用MATLABB像瀏覽器(ImageViewer),通過調(diào)用imview函數(shù)來實現(xiàn)。另一種是使用 MATLAB勺通用圖形圖像視窗， 通過調(diào)用imshow函數(shù)來實現(xiàn)。(2)圖像的代數(shù)操作代數(shù)運(yùn)算是指對兩幅輸入圖像進(jìn)行點對點的加、減、乘和除計算而得到輸出圖像的運(yùn)算。對于相加和相乘的情形，可能不止有兩幅圖像參加運(yùn)算。圖像相加的一個重要應(yīng) 用是對同一場景的多幅圖像求平均值。這點被經(jīng)常用來有效地降低加性 (additive )隨 機(jī)噪聲的影響(3)圖像的空間域變換操作簡單的說，圖像的空間域

15、變換操作就是為了達(dá)到某種視覺效果，變換輸入圖像的像素位置，通過把輸入圖像的像素為止映射到一個新的位置已達(dá)到改變原圖像顯示效果的 母的。其實也就是變換圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)。圖像的空間域變換操作包括以下幾個方面：圖像差值(Interpolation)圖像縮放(Resizing)圖像旋轉(zhuǎn)(Rotation)圖像剪切(Cropping)一般變換操作(Affine,Projective,Box,Custom,etc)(4)圖像變換在MATLABB像處理工具箱中，提供了幾種常用的圖像變換函數(shù)，它們是傅里葉變 換(Fourier Transform)、離散余弦變換(Discrete Cosine Transfor

16、m) 和 Radon變換(Radon Transform)。(5)圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是一個相對的概念，增強(qiáng)效果的好壞，除與算法本身的優(yōu)劣有一定的關(guān)系 外，還與圖像的數(shù)據(jù)特征有直接關(guān)系，因此增強(qiáng)方法只能有選擇地使用。圖像增強(qiáng)一般包括點處理、空間域濾波、頻域濾波、彩色增強(qiáng)、代數(shù)運(yùn)算等。(6)圖像分割圖像分割方法按其主要特征分為三組：第一組是有關(guān)圖像或圖像部分的全局知識(global knowledge ),這種知識一般有圖像特征的直方圖來表達(dá).第二組是基于邊緣 (edge-based)的分割，而第三組是基于區(qū)域(region-based )的分割完整的數(shù)字圖像處理過程可分為如下幾個方面：1 、圖像信

17、息的獲取；2 、圖像信息的存儲；3 、圖像信息的傳送；4 、圖像信息處理；5 、圖像信息的輸出和顯示。圖像信息處理就是我們平時所說的數(shù)字圖像處理(Digital Image Processing),有時也稱之為計算機(jī)圖像處理(Computer Image Processing)。數(shù)字圖像處理概括的說主 要包括如下幾項內(nèi)容：幾何處理(Geometrical Processing)；算數(shù)處理(Arithmetic Processing) ；圖像增強(qiáng)(Image Enhancement);圖像復(fù)原(Image Restoration)；圖像重建(Image Reconstruction)；圖像編碼(

18、Image Encoding)；圖像識另1 (Image Recognition)；圖像理解(Image Understanding)1、幾何處理幾何處理主要包括坐標(biāo)變換，圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動，多個圖像配準(zhǔn)，全 景畸變校正，扭曲校正，周長、面積、體積校正等等。2、算數(shù)處理主要對圖像進(jìn)行+、-、*、/等運(yùn)算，雖然該處理是主要針對像素點的處理，但非常 有用。3、圖像增強(qiáng)主要是突出圖像中感興趣的信息，從而是有用的信息得到加強(qiáng)，便于區(qū)分和解釋。主要方法有直方圖增強(qiáng)、偽彩色增強(qiáng)法、灰度窗口等技術(shù)。4、圖像復(fù)原其主要目的是去除干擾和模糊，恢復(fù)圖像的本來面目。去噪聲和去模糊是圖像復(fù)原 處理的主要任務(wù)。圖像噪聲包括隨機(jī)噪聲和相干噪聲。 圖像模糊來自鏡頭散焦、相對運(yùn) 動、大氣湍流、云層遮擋等。5、圖像重建幾何處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原都是從圖像到圖像的處理，即輸入的原始數(shù)據(jù)是圖 像，處理后的結(jié)果也是圖像，而重建處理則是從數(shù)據(jù)到圖像的處理， 該處理的典型應(yīng)用 是CT技術(shù)，由于它和本文的關(guān)系不大，這里不再贅述。6、圖