數字圖像處理課程設計1

1、1.課程設計目的1.通過Matlab仿真軟件，針對課程教學中的相關內容開展仿真分析與研究，以加深對教學內容的理解，培養(yǎng)學生的方針分析能力。2.加深對貼標簽的基本理論知識的理解，培養(yǎng)獨立開展科研的能力和編程能力，掌握MATLAB對圖形處理的基本語句，學會使用MATLAB。3.鼓勵學生就自己感興趣的內容進行實際制作測試，以豐富學生課余電子制作內容及培養(yǎng)自我創(chuàng)作能力。2.課程設計要求1.掌握課程設計的相關知識、概念清晰。2.程序設計合理、能夠正確運行。3掌握課程設計的相關知識、概念清晰，程序設計合理、能夠正確運行，獨立完成。.3相關知識3.1 數字圖象處理數字圖像處理(DigitalImagePro

2、cessing)是通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等處理的方法和技術。數字圖像處理的產生和迅速發(fā)展主要受三個因素的影響:一是計算機的發(fā)展;二是數學的發(fā)展(特別是離散數學理論的創(chuàng)立和完善);三是廣泛的農牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學等方面的應用需求的增長。 20世紀20年代,圖像處理首次應用于改善倫敦和紐約之間海底電纜發(fā)送的圖片質量。到20世紀50年代,數字計算機發(fā)展到一定的水平后,數字圖像處理才真正引起人們的興趣。1964年美國噴氣推進實驗室用計算機對“徘徊者七號”太空船發(fā)回的大批月球照片進行處理,收到明顯的效果。20世紀60年代末,數字圖像處理具備了比較完整的體系

3、,形成了一門新興的學科。20世紀70年代,數字圖像處理技術得到迅猛的發(fā)展,理論和方法進一步完善,應用范圍更加廣泛。在這一時期,圖像處理主要和模式識別及圖像理解系統(tǒng)的研究相聯(lián)系,如文字識別、醫(yī)學圖像處理、遙感圖像的處理等。20世紀70年代后期到現(xiàn)在,各個應用領域對數字圖像處理提出越來越高的要求,促進了這門學科向更高級的方向發(fā)展。特別是在景物理解和計算機視覺(即機器視覺)方面,圖像處理已由二維處理發(fā)展到三維理解或解釋。近年來,隨著計算機和其它各有關領域的迅速發(fā)展,例如在圖像表現(xiàn)、科學計算可視化、多媒體計算技術等方面的發(fā)展,數字圖像處理已從一個專門的研究領域變成了科學研究和人機界面中的一種普遍應用的

4、工具。 圖像處理工具箱提供一套全方位的參照標準算法和圖形工具，用于進行圖像處理、分析、可視化和算法開發(fā)。可用其對有噪圖像或退化圖像進行去噪或還原、增強圖像以獲得更高清晰度、提取特征、分析形狀和紋理以及對兩個圖像進行匹配。工具箱中大部分函數均以開放式 MATLAB 語言編寫。這意味著可以檢查算法、修改源代碼和創(chuàng)建自定義函數。圖像處理工具箱在生物測定學、遙感、監(jiān)控、基因表達、顯微鏡技術、半導體測試、圖像傳感器設計、顏色科學及材料科學等領域為工程師和科學家提供支持。它也促進了圖像處理技術的教學3.2 MATLABMATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，用于算法開發(fā)、數據可視化、

5、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB自產生之日起就具有方便的數據可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。可用于科學計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數據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據的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視

6、化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應的功能函數，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）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。3.3貼標簽貼標簽處理是對二值圖像的每個不同的連通域進行不同的編號，來區(qū)分不同的連通域。在二值圖像中，不同的對象被用不同的整數值來標記，形象的說，每一個對象被貼上不同的標簽以便于標識。通常，設置一個與原圖像大小相同的標簽矩陣，也稱為標簽圖像，用以描述對二值圖像不同連通域下的劃分結果。貼標簽的方法實際上包括了兩個關鍵步驟，首先是按照從上到下，從左到右的順序掃描所有像素職為1的像素，并判斷是否與已經貼

7、過標簽的像素屬于同一個連通域，如果是，則貼相同的標簽，判定為不同的連通域，貼新的標簽。另一個關鍵的步驟是，對已經貼好的標簽進行校正，對在下方連接在一起的，貼為不同標簽的像素歸并為同一個標簽，并對整體的標簽號進行調整。3.4貼標簽的具體方法貼標簽的具體步驟如下：(1)設標簽r=0，已貼標簽N=0，按照從左到右，從上到下的順序進行掃描，尋找像素值為1的目標點像素。(2)對尚未貼標簽的目標點像素f(I,j)，根據已經掃描過的四個鄰接像素，進行一下判斷：1.如果所有的值為0（背景）,r=r+1,g(i,j)=r,已貼標簽數N=N+1;2.如果其標簽值相同，則,g(i,j)=r,；3.如果標簽值有兩種，

8、這時稱為標簽沖突，令,g(i,j)=r,，將所有已經貼標簽為r的像素，該貼標簽為r,同時將已貼標簽數進行修正，N=N-1。（3）將全部像素都進行第二步驟的處理，直到所有的像素都全部處理完；判斷是否滿足r=N,如果是，則完成貼標簽操作，算法結束；如果不是，則表明（4）已貼標簽不是連續(xù)編號，這是一次影射編碼，將所有的不連續(xù)編號的標簽 校正為連續(xù)編號，完成貼標簽處理。4.課程設計分析貼標簽在MATLAB圖像處理中，bwlabel函數可以進行二值圖像的連接部分標注操作。語法是：這種形態(tài)操作主要是對于二值圖像BW中各個分離的對象進行標識，BW可以是double型或unit8型。用戶指定輸入圖像BW和特定

9、的邊沿約定類型n,n可取的值有4和8，分別對應著4-連接和8-連接邊沿約定，其默認值為8.調用bwlabel函數后，返回一個與輸入圖像相同大小的矩陣L,L是double型的，而num中存儲著對象個數的數據。有了這個輸出數據矩陣，我們就可以利用它包含的不同的整數值來區(qū)分輸入圖像中的不同對象。假如有二進制圖像如下;I(8,8)=0;I(2:4,2:3)=1;I(5:7,4:5)=1;I(2,6)=1;I(2:3,7:8)=1調用bwlabel函數，指定4-連接邊沿約定：L,num=bwlabel(I,4)調用bwlabel函數，指定8-連接邊沿約定：L,num=bwlabel(I,8)我們還可以將

10、bwlabel函數與find函數結合起來使用，可以得到所指定對象中各像素的矩陣矢量，例如，返回上例中，對象2中各像素的坐標:r,c=find(bwlabel(I)=2)rc=r,c從例子中可以看出，輸出矩陣不是一個二進制圖像，訪問該矩陣的一個有效方法是將其顯示為偽彩色索引圖像。將每個對象都顯示成不同的顏色，所以在這樣的顯示圖像中，對象更容易從整個圖像中分辨出來，如下面的例子：L=bwlabel(I,4);map=0 0 0;jet(3);imshow(L+1,map,'notruesize')%顯示的圖像如下圖所示%指定8-連接邊沿約定L=bwlabel(I,8);map=0

11、0 0;jet(3);imshow(L+1,map,'notruesize')%顯示的圖像如圖所示5.仿真6結果分析7.感悟體會通過此次數字圖像課程設計的編程與仿真實踐，我完成了這次設計的任務。貼標簽處理是對二值圖像的每個不同的連通域進行不同的編號，來區(qū)分不同的連通域。在二值圖像中，不同的對象被用不同的整數值來標記，形象的說，每一個對象被貼上不同的標簽以便于標識。通常，設置一個與原圖像大小相同的標簽矩陣，也稱為標簽圖像，用以描述對二值圖像不同連通域下的劃分結果。通過這次課程設計讓我更加了解了MATLAB，也使我掌握了一些基本的對圖像處理的編程語句。通過這次課程設計我更加了解了二值圖像中貼標簽的相關知識，對于各種方法都有了更加深入的了解。我以后會繼續(xù)學習這方面的知識。實踐與理論相結合的課程對學生掌握理論知識和鞏固相關知識是非常有幫助的，進行這次課程設計使我進一步對數字圖像理論知識的加深和理解。我也非常感謝老師的幫助，使我解決很多實質性的問題。8.參考文獻1 章毓晉等.數字圖像處理與分析M.北京，清華大學出版社，1999：1-22 龔聲容等