圖像處理系統(tǒng)文檔

1、1. 系統(tǒng)功能分析 通常來(lái)講，用戶對(duì)應(yīng)用問(wèn)題的理解,描述以及他們對(duì)目標(biāo)軟件的要求往往具有片面性，主觀性，這些形成了精確軟件開(kāi)發(fā)的主要障礙。為了開(kāi)發(fā)出真正滿足用戶需求的軟件，首先必須清楚用戶的要求。用戶軟件需求的理解是軟件開(kāi)發(fā)人眼開(kāi)發(fā)出好的軟件產(chǎn)品的前提條件，只有需求分析階段得充分，最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的軟件才能最大可能地符合用戶的要求，使用戶滿意。首先我們對(duì)圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)地分析，確定系統(tǒng)必須完成哪些功能，對(duì)整個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)提出完整，準(zhǔn)確，清晰，具體的要求。讀者可以根據(jù)需要或興趣適當(dāng)?shù)靥砑悠渌δ苣K。 我們?cè)O(shè)計(jì)的圖像處理軟件具有以下功能模塊：（1） 圖像信息的導(dǎo)入，保存，關(guān)閉模塊 在這個(gè)功能模塊中

2、，主要提供圖像的導(dǎo)入，圖像保存和關(guān)閉圖像功能，從而使得用戶可以選擇合適的圖像輸入，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗?，達(dá)到用戶的需求，最后將處理后的圖像進(jìn)行保存。 用戶可以將感興趣的圖像導(dǎo)入系統(tǒng)，同時(shí)也可以重新選擇另一圖像進(jìn)行處理。這一模塊主要為了幫助用戶方便，自如地收集，導(dǎo)入感興趣的圖像資料，為后續(xù)的圖像處理打下基礎(chǔ)。（2） 圖像變換功能模塊 在圖像處理中，對(duì)圖像信息進(jìn)行變換的目的是簡(jiǎn)化處理。由于圖像陣列非常大，直接在空間域中進(jìn)行處理涉及的計(jì)算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅里葉交換，沃爾什變換，離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理變換為變換域處理，這樣不僅可以減少計(jì)算量，而且可獲得更

3、有效的處理（如傅里葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理）。目前研究的小波變換在時(shí)域和頻域中都具有良好的局部化特性，它在圖像處理中也有著廣泛而有效的應(yīng)用。用戶可以根據(jù)自己的需要對(duì)圖像進(jìn)行不同的變換，從而提取有用的信息。 在這個(gè)模塊中，主要提供圖像的線性變換，幾何變換，正交變換，小波變換，RGB->HIS變換和HIS->RGB變換。其中在線性變換中提供反色變換；幾何變換中提供圖像平移，X鏡像變換，Y鏡像變換，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，圖像縮放等變換；在正交變換中提供傅里葉變換，傅里葉反變換，離散余弦變換，沃爾什-哈達(dá)瑪變換。（3） 圖像增強(qiáng)處理模塊 圖像增強(qiáng)是為了提供圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清

4、晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖像質(zhì)量差的原因，而是突出圖像中感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量可使圖像中的物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯；強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲影響。 圖像銳化處理的目的是為了使圖像的邊緣，輪廓線以及圖像中的細(xì)節(jié)變得清晰，經(jīng)過(guò)平滑的圖像變得模糊的根本原因是圖像受到了平均或積分運(yùn)算，因此對(duì)其進(jìn)行逆運(yùn)算（如微分運(yùn)算）就可以使圖像變得清晰。 這個(gè)模塊主要提供以下功能：圖像平滑，中值濾波，梯度銳化，laplace銳化，高通濾波，偽彩色編碼，直方圖均衡等。（4） 圖像復(fù)原模塊 一般情況下，各類圖像在圖像的傳送和轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于受到多種因素的影響，總要造成圖像的某些降質(zhì)，如圖像模糊，是真，有噪聲等。

5、要獲得完美的圖像效果，必須對(duì)這些圖像進(jìn)行改善處理。圖像復(fù)原技術(shù)的目的就是盡可能復(fù)原被退化圖像的本來(lái)面目。 圖像復(fù)原要求對(duì)圖像質(zhì)量差的原因有一定的了解，一般來(lái)講，應(yīng)根據(jù)圖像降質(zhì)過(guò)程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來(lái)的圖像。（5） 圖像分析模塊 圖像分析是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分析是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣，區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別，分析和理解的基礎(chǔ)。雖然目前已研究出不少邊緣提取，區(qū)域分割的方法，但還沒(méi)有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。因此，對(duì)圖像分割的研究還在不斷深入之中。圖像分析技術(shù)是目前圖像處理中心研究的熱點(diǎn)之一。

6、這個(gè)模塊主要提供邊緣檢測(cè)，圖像分割功能，其中邊緣檢測(cè)中又可以分為Robert算子，Sobel算子，Perwitt算子，Gauss-laplace算子等。 此外，還有選擇工跟那個(gè)，如： 圖像形態(tài)學(xué)變換。圖像的形態(tài)學(xué)變換是分析幾何形狀和結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)方法。 模式識(shí)別模塊圖像匹配模塊。圖像匹配就是把不同時(shí)間，不同成像條件下對(duì)同一景物獲取的兩幅或多幅圖像在空間上對(duì)準(zhǔn)，或根據(jù)已知模式到另一幅圖中尋找相應(yīng)的模式。數(shù)據(jù)融合模塊。異常處理，等等。2. 場(chǎng)景分析和開(kāi)發(fā)場(chǎng)景是從單個(gè)執(zhí)行者角度來(lái)觀察目標(biāo)軟件系統(tǒng)的功能和外部行為。這種功能是通過(guò)系統(tǒng)與用戶之間的交互表征的。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟件的需求分析和功能模塊的分析，我們可以對(duì)

7、場(chǎng)景進(jìn)行完整的描述?？梢韵胂笠幌挛覀?cè)偈褂没谝陨瞎δ艿膱D形處理軟件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)哪些具體的場(chǎng)景，然后對(duì)這些場(chǎng)景進(jìn)行完整的描述。通過(guò)對(duì)“圖像處理系統(tǒng)”的初步需求描述，該系統(tǒng)包括如下場(chǎng)景：圖像信息的導(dǎo)入場(chǎng)景，圖像變換場(chǎng)景，圖像增強(qiáng)場(chǎng)景，圖像復(fù)原場(chǎng)景，圖像形態(tài)學(xué)變換場(chǎng)景，圖像分析場(chǎng)景，模式識(shí)別場(chǎng)景，圖像匹配場(chǎng)景，數(shù)據(jù)融合場(chǎng)景和圖像保存場(chǎng)景。（1） 圖像信息導(dǎo)入場(chǎng)景 用戶對(duì)圖像進(jìn)行處理，必須先導(dǎo)入一幅圖像，所以我們抽象出圖像信息的導(dǎo)入場(chǎng)景。如圖所示。場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像信息導(dǎo)入用戶系統(tǒng)已打開(kāi)1. 打開(kāi)系統(tǒng)主界面2. 選擇文件菜單的導(dǎo)入圖像命令并選擇圖像3. 對(duì)圖像類型進(jìn)行合法性

8、檢測(cè)，若合法，則4，否則24. 將用戶所要處理的圖像導(dǎo)入系統(tǒng)中圖像導(dǎo)入，并在圖像顯示界面顯示，用戶作相應(yīng)的處理 （2） 圖像變換場(chǎng)景圖像導(dǎo)入后要對(duì)圖像進(jìn)行各種處理，首先對(duì)其進(jìn)行變換處理。圖像的變換處理包括很多類型，如圖像的幾何變換，圖像的正交換等。場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像變換用戶系統(tǒng)已打開(kāi)1. 打開(kāi)系統(tǒng)主頁(yè)面2. 選擇“圖像變換”菜單中幾何變換，正交變換，小波變換，RGB->HIS變換和HIS->RGB變換中的任意一種變換3. 系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理，并在顯示界面顯示圖像做相應(yīng)的變換并在圖像顯示界面顯示，用戶可以對(duì)其他的處理（3） 圖像增強(qiáng)場(chǎng)景圖像的增強(qiáng)包括

9、圖像的平滑，中值濾波，圖像的銳化等。場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像增強(qiáng)用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇圖像增強(qiáng)菜單2. 在圖像增強(qiáng)菜單中根據(jù)用戶需要在圖像平滑，中指濾波，梯度銳化，Laplace銳化，高通濾波，偽彩色編碼，直方圖均衡選擇需要的增強(qiáng)方式3. 系統(tǒng)對(duì)圖像作相應(yīng)的處理4. 顯示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已作相應(yīng)的增強(qiáng)，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理（4） 圖像復(fù)原場(chǎng)景由于圖像噪聲及圖像模糊問(wèn)題，這里引入圖像復(fù)原場(chǎng)景。場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像復(fù)原用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇圖像復(fù)原菜單2. 系統(tǒng)對(duì)圖像作相應(yīng)的處理3. 顯

10、示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已復(fù)原，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理（5） 圖像形態(tài)學(xué)變換場(chǎng)景場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像形態(tài)學(xué)變換用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇形態(tài)學(xué)變換菜單2. 系統(tǒng)對(duì)圖像作相應(yīng)的處理3. 顯示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已作相應(yīng)處理，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理（6） 圖像分析場(chǎng)景場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像分析用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇圖像分析菜單2. 在圖像分析菜單中根據(jù)用戶需要在邊緣檢測(cè)，圖像分割分析中選擇算子，其中邊緣檢測(cè)分為Robert算子，Sobel算子，Perwitt算子，Ki

11、rsh算子，Gauss-laplace算子圖像已作相應(yīng)處理，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理(7)模式識(shí)別場(chǎng)景場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像信息導(dǎo)入用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇模式識(shí)別菜單2. 系統(tǒng)對(duì)圖像做相應(yīng)的處理3. 顯示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已作相應(yīng)處理，并在圖像中顯示，用戶可以作其他處理（7） 圖像匹配場(chǎng)景場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件模式識(shí)別用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇模式識(shí)別菜單2. 系統(tǒng)對(duì)圖像作相應(yīng)處理3. 顯示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已作相應(yīng)處理，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理（8） 圖像匹配場(chǎng)景場(chǎng)

12、景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像匹配用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇圖像匹配菜單2. 系統(tǒng)對(duì)圖像做相應(yīng)處理3. 顯示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已作相應(yīng)處理，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理（9） 數(shù)據(jù)庫(kù)融合場(chǎng)景場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件數(shù)據(jù)融合用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 選擇數(shù)據(jù)融合菜單2. 系統(tǒng)對(duì)圖像作相應(yīng)3. 顯示界面將處理后的圖像顯示給用戶圖像已作相應(yīng)處理，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作其他處理（10） 圖像保存場(chǎng)景場(chǎng)景名稱參與實(shí)行實(shí)例前置條件事件流后置條件圖像匹配用戶系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1. 打開(kāi)系統(tǒng)主界面2. 選擇文件菜單中的保存

13、圖像3. 將已做處理的圖像，或打開(kāi)但不作處理的圖像保存到圖像庫(kù)圖像保存到目標(biāo)文件夾我們隊(duì)抽象的場(chǎng)景進(jìn)行了詳細(xì)地描述，在這里簡(jiǎn)單滴介紹一下如何獲取場(chǎng)景。以下問(wèn)題將有助于讀者獲取場(chǎng)景： 我們?cè)O(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)有哪些執(zhí)行者(Actor，可以是人或者從當(dāng)前系統(tǒng)得到信息的外部系統(tǒng))？ 執(zhí)行者希望完成哪些任務(wù)？ 執(zhí)行者希望得到哪些信息？信息的產(chǎn)生著是誰(shuí)？誰(shuí)來(lái)對(duì)其修改？ 執(zhí)行者做了動(dòng)作后需要通知哪些對(duì)象？對(duì)象接收信息后有什么外部行動(dòng)？ 系統(tǒng)將通告執(zhí)行者哪些事件？3.基于場(chǎng)景生成用例 從外部用戶的角度來(lái)看，一個(gè)用例是由一名執(zhí)行者的目標(biāo)聯(lián)系在一起的一組案況。從系統(tǒng)本身來(lái)講，一個(gè)用例代表系統(tǒng)執(zhí)行的一系列動(dòng)作，動(dòng)作執(zhí)行

14、的結(jié)果能夠被多個(gè)外部的執(zhí)行者所觀察。下面我們隊(duì)用例進(jìn)行描述，并用活動(dòng)圖表示用例，同時(shí)生成該圖像處理系統(tǒng)的用例圖。（1） 抽象用例 圖像信息的導(dǎo)入a. 用例描述，如圖場(chǎng)景名稱參與執(zhí)行者實(shí)例前置條件 主事件流輔事件流后置條件圖像信息的導(dǎo)入用戶系統(tǒng)已打開(kāi)1.打開(kāi)系統(tǒng)主界面2.選擇文件菜單中的導(dǎo)入圖像并選擇圖像3.對(duì)圖像類型進(jìn)行合法性檢查，若合法，則到4，否則到24.將用戶要處理的圖像導(dǎo)入系統(tǒng)中無(wú)圖像導(dǎo)入，并在圖像顯示界面顯示，用戶可以作相應(yīng)的處理b. 用活動(dòng)圖表示用例，如圖 圖像變換用例。a. 用例描述，如圖場(chǎng)景名稱參與執(zhí)行者實(shí)例前置條件 主事件流輔事件流后置條件圖像變換處理用戶，圖像顯示器系統(tǒng)已打開(kāi)，圖像已導(dǎo)入1打開(kāi)系統(tǒng)主界面2選擇圖像變換菜單中幾何變換，正交變換，小波變換，RGB- > HIS