《畢業(yè)設計-基于matlab的圖像處理技術及用戶界面設計》

1、論文成績學?；趍atlab的圖像處理技術及用戶界面設計姓 名 x 學 號 x 課 程 數(shù)字圖像處理 專業(yè)年級 xx指導教師 xx xx 2011年1月5日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc282027760 1前言 PAGEREF _Toc282027760 h 1 HYPERLINK l _Toc282027761 2設計分析 PAGEREF _Toc282027761 h 1 HYPERLINK l _Toc282027762 設計目的 PAGEREF _Toc282027762 h 1 HYPERLINK l _Toc282027763 設計要求

2、PAGEREF _Toc282027763 h 1 HYPERLINK l _Toc282027764 總體設計分析 PAGEREF _Toc282027764 h 2 HYPERLINK l _Toc282027765 3實現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc282027765 h 2 HYPERLINK l _Toc282027766 31文件翻開 PAGEREF _Toc282027766 h 2 HYPERLINK l _Toc282027767 文件重載 PAGEREF _Toc282027767 h 4 HYPERLINK l _Toc282027768 3.3 RGB轉換為灰度 PA

3、GEREF _Toc282027768 h 4 HYPERLINK l _Toc282027769 3.4 文件保存 PAGEREF _Toc282027769 h 4 HYPERLINK l _Toc282027770 3.5 關閉 PAGEREF _Toc282027770 h 5 HYPERLINK l _Toc282027771 3.6 退出項 PAGEREF _Toc282027771 h 6 HYPERLINK l _Toc282027772 3.7 垂直鏡像 PAGEREF _Toc282027772 h 7 HYPERLINK l _Toc282027773 3.8 水平鏡像

4、PAGEREF _Toc282027773 h 7 HYPERLINK l _Toc282027774 3.9 圖像縮放 PAGEREF _Toc282027774 h 8 HYPERLINK l _Toc282027775 3.9 圖像旋轉 PAGEREF _Toc282027775 h 9 HYPERLINK l _Toc282027776 3.10 反色 PAGEREF _Toc282027776 h 10 HYPERLINK l _Toc282027777 3.10 直方圖均衡 PAGEREF _Toc282027777 h 11 HYPERLINK l _Toc282027778 3

5、.11 全局線性變換 PAGEREF _Toc282027778 h 11 HYPERLINK l _Toc282027779 3.12 分段線性變換 PAGEREF _Toc282027779 h 11 HYPERLINK l _Toc282027780 3.13 添加噪聲 PAGEREF _Toc282027780 h 12 HYPERLINK l _Toc282027781 3.13 平滑處理選項 PAGEREF _Toc282027781 h 13 HYPERLINK l _Toc282027782 3.13 銳化處理 PAGEREF _Toc282027782 h 14 HYPERL

6、INK l _Toc282027783 3.14 偽彩色增強 PAGEREF _Toc282027783 h 15 HYPERLINK l _Toc282027784 4調試以及分析 PAGEREF _Toc282027784 h 15 HYPERLINK l _Toc282027785 5結論 PAGEREF _Toc282027785 h 15 HYPERLINK l _Toc282027786 參考文獻 PAGEREF _Toc282027786 h 16 HYPERLINK l _Toc282027787 致 謝 PAGEREF _Toc282027787 h 16基于matlab的圖

7、像處理技術及用戶界面設計學 生：x指導老師：x(學校 系，地名 )1前言數(shù)字圖像處理技術是20世紀60年代開展起來的一門新興學科，隨著圖像處理理論和方法的進一步完善，使得數(shù)字圖像處理技術在各個領域得到了廣泛應用，并顯示出廣闊的應用前景。MATLAB既是一種直觀、高效的計算機語言，同時又是一個科學計算平臺。它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應用程序開發(fā)提供了最核心的數(shù)學和高級圖形工具。根據(jù)它提供的500多個數(shù)學和工程函數(shù)，工程技術人員和科學工作者可以在它的集成環(huán)境中交互或編程以完成各自的計算。MATLAB中集成了功能強大的圖像處理工具箱。由于MATLAB語言的語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單

8、，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式，而且這種語言可移植性好、可擴展性強、再加上其中有豐富的圖像處理函數(shù)，所以MATLAB在圖像處理的應用中具有很大的優(yōu)勢。2設計分析設計目的綜合運用MATLAB工具箱實現(xiàn)圖像處理的GUI程序設計。設計要求(1) 學習各種簡單的圖像處理算法，實現(xiàn)對圖像的根本操作，如圖像的翻開，關閉，保存；數(shù)字圖像的根本處理，如圖像放大、縮小、旋轉、位移、濾波、銳化等。(2) 菜單欄包括：文件，幾何變換，灰度處理點運算，圖像增強等項。(3) 主界面局部包含兩個圖像顯示，和局部按鈕及需要輸入的參數(shù)。由于界面大小有限，局部功能留在菜單欄中。(4) 描述所設計的系統(tǒng)功能和所用的算法

9、，對系統(tǒng)的功能和算法進行詳細的論述。(5) 編寫程序代碼和調試程序，設計一個基于MATLAB的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)?？傮w設計分析設計圖形的初始界面如圖2.1所示： 圖2.1 軟件界面本軟件在菜單欄添加了四個菜單項選擇項，分別實現(xiàn)文件操作、幾何變換、灰度處理及圖像增強等多種功能。頭部是用四個靜態(tài)框組成。用一個axes控件顯示原始圖像，另一個axes控件顯示每一步處理后的圖像。對于坐標是用來比照縮放圖像時查看其效果的。3實現(xiàn)方法具體設計主要有四個局部組成，分別是文件、幾何變換、灰度處理及圖像增強，然后每一局部又有不同的選項，文件中包括：翻開、重載、RGB轉換為灰度、保存處理結果、關閉及退出；幾何變換中

10、包括：垂直鏡像、水平鏡像、圖像縮放及圖像旋轉；灰度處理包括：反色、直方圖均衡、全局線性變換及分段線性變換；圖像增強中有：加噪聲、平滑、銳化及偽彩色增強。其中加噪聲又有兩種，椒鹽噪聲和高斯噪聲；平滑中包括鄰域平均法和中值平均法；銳化分為梯度銳化和拉普拉斯銳化；偽彩色增強包括亮度切割法和灰度級彩色變換法。下面就其程序及效果做詳細說明。31文件翻開程序說明：為了讓使用者方便的使用，所以在設計的時候，通過對話框的形式來選擇文件，選擇uigetfile函數(shù)來實現(xiàn)，uigetfile函數(shù)顯示一個翻開文件對話框，該對話框自動列出當前路徑下的目錄和文件，由于這個GUI程序的操作對象是圖像文件，所以設置這里的缺

11、省后綴名為“.jpg。Uigetfile函數(shù)的調用格式為name,path=uigetfile()，在按下對話框中的執(zhí)行按鈕“翻開后，返回選擇的文件名和路徑，分別保存到“name和“path中。如果按下取消按鈕或是發(fā)生錯誤，那么返回值是0。根據(jù)返回值的情況，如果是0，那么彈出提示錯誤的對話框，否那么，通過imread函數(shù)讀出圖像數(shù)據(jù)，把圖像數(shù)據(jù)賦值給全局變量I。運行效果： 圖3.1 文件翻開圖其實文件重載和文件翻開是相差不大的，根本功能相同。主要區(qū)別是重新載入一張要求處理的圖片，相當于給全局變量I符新值。 RGB轉換為灰度程序說明：由于小軟件中有許多功能是針對于灰度圖像進行處理的，所以在進行這

12、些操作之前是必須轉化成灰度的，轉換成灰度也成了必備的功能了。其實轉換非常簡單，只需要調用函數(shù)rgb2gray(),然后將保存圖像的變量放入括號即可。運行效果： 圖3.2 真彩轉灰度圖3.4 文件保存程序說明：同樣也通過對敵框的形式來保存圖像數(shù)據(jù)，通過uigetfile函數(shù)選擇文件名和路徑，用imwrite函數(shù)，把數(shù)據(jù)I存到指定的文件中。運行效果： 圖3.3 文件保存圖3.5 關閉程序說明：關閉只是對當前的操作進行關閉，把顯示的兩副圖置為空白，并且把程序中的數(shù)據(jù)I也清空，恢復到翻開時的狀態(tài)。運行效果： 圖3.4 點擊關閉前圖 圖3.5 點擊關閉后的效果圖3.6 退出項退出，顧名思義就是退出整個軟

13、件，把所有的窗口及操作都終止。3.7 垂直鏡像運行效果： 圖3.6 垂直鏡像圖3.8 水平鏡像運行效果： 圖3.6 水平鏡像圖3.9 圖像縮放程序說明：使用函數(shù)imresize來實現(xiàn)對圖像的放大或縮小。插值方法可選用三種方法，最近鄰插值，雙線性插值，雙三次插值。該函數(shù)的調用格式為：B=imresize(A,m,method)。其中，參數(shù)method用于指定插值的方法，本軟件中設置其為“bilinear，縮放的倍數(shù)由用戶自己設定。運行效果： 圖3.7 放大圖 圖3.8 縮小圖運行效果： 圖3.9 旋轉45度圖運行效果： 圖3.11 反色效果圖3.10 直方圖均衡運行效果： 圖3.12 直方圖均衡

14、效果圖3.11 全局線性變換運行效果3.12 分段線性變換運行效果3.13 添加噪聲經(jīng)常用到的噪聲有二種，高斯噪聲，椒鹽噪聲，可以通過以下兩個函數(shù)來實現(xiàn)：y=imnoise(handles.img,gaussian,p);%高斯噪聲y=imnoise(x,salt & pepper,p); %椒鹽噪聲p的參數(shù)，原圖參加高斯噪聲和椒鹽噪聲后結果分別如圖3.13和圖3.14所示。 圖3.13 加椒鹽噪聲圖 圖3.14 加高斯噪聲圖3.13 平滑處理選項將圖像平滑可以用鄰域平均法和中值濾波法。 領域平均法的思想是用像素及其指定鄰域內像素的平均值或加權平均值作為該像素的新值，以便去除突變的像素點，從而

15、濾除一定的噪聲。常用的模板是全1的矩陣，然后求平均。鄰域平均法的主要優(yōu)點是算法簡單，但它在降低噪聲的同時使圖像產(chǎn)生模糊，特別是在邊緣和細節(jié)處。模板尺寸越大，那么圖像模糊程度越大。由于鄰域平均法去鄰域平均值，因而噪聲也被平均到平滑圖像中，它對椒鹽噪聲的平滑效果并不理想。 中值濾波法是一種非線性濾波，它能在濾除噪聲的同時很好地保持圖像邊緣。中值濾波的原理很簡單，它把以某像素為中心的小窗口內的所有像素的灰度按從小到大的順序，取排序結果的中間值作為該像素的灰度值。為方便操作，中值濾波通常取含奇數(shù)個像素的窗口?？梢杂煤瘮?shù)來使圖像平滑即y=medfilt2(I,5,5);其中y表示處理后的圖像，I表示原圖

16、像。3.13 銳化處理圖像的銳化的目的是使模糊的圖像變清晰，增強圖象邊緣等細節(jié)。為了能增強任何方向的邊緣，將圖像銳化的方法有梯度算子和拉普拉斯算子。而梯度算子包括水平垂直差分法和Robert交叉算子，其中Robert交叉算子使用2*2鄰域內的兩對角像素來計算兩個偏導數(shù)，是一階微分。拉普拉斯算子是一種各向同性的二階微分算子，其常用的模板有0 -1 0;-1 4 -1;0 -1 0、-1 -1 -1;-1 8 -1;-1 -1 -1、1 -2 1;-2 4 -2; 1 -2 1等。對圖像進行銳化可以用的函數(shù)為： 梯度算子：y=edge(I,roberts); 其中y表示處理后的圖像，I表示原圖像，

17、 拉普拉斯算子：h=0 -1 0;-1 4 -1;0 -1 0;y=conv2(i,h,same);x=i-y; 其中x表示處理后的圖像，h是拉普拉斯算子的模板，I表示原圖像。3.14 偽彩色增強偽彩色增強是把黑白圖像的各不同灰度級按照線性或非線性的映射函數(shù)變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像的技術。它使原圖像細節(jié)更易識別，目標更容易識別。偽彩色增強的方法主要有以下三種。 密度分割法 灰度級一彩色變換 頻率域偽彩色增強密度分割法或稱強度分割法是偽彩色增強中一種最簡單的方法，如下圖。它是把黑白圖像的灰度級從0(黑)到 M0(白)分成N個區(qū)間Ii(i1，2，N)，給每個區(qū)間Ii指定一種彩色Ci，這樣

18、，便可以把一幅灰度圖像變成一幅偽彩色圖像。此法比擬直觀簡單，缺點是變換出的彩色數(shù)目有限。4調試以及分析在程序設計過程中遇到了許多問題例如一個函數(shù)只能對灰度圖像處理，不能對RGB圖像處理，那么如何才能對RGB圖像處理呢？了解MATLAB和數(shù)字圖像處理的人都知道用到的很多函數(shù)是針對二維數(shù)據(jù)的，而RGB圖像的數(shù)據(jù)是一個三維矩陣，所以處理要與灰度圖像不同，在開始的時候，我認為應該找一個能夠應用于三維矩陣的函數(shù)，結果卻沒找到，后來想到可以把三維數(shù)據(jù)進行降維處理，同樣使用二維的函數(shù)，只要是同樣處理三次。比方，彩色圖像的濾波處理，直方圖均衡等。再例如同一個操作對灰度圖像可以使用，當用戶選擇的是彩色圖像時，該操作就會出錯？這是由于設計程序時，本身程序是有針對性的，有些程序只能對灰度圖像有效，有些對彩色圖像有效，但是用戶并不清楚這些，所以在設計的過程中就要考慮全面，要分開設計。在本次課程設計中，我均對每個程序的開始時，用if isrgbx進行判斷。等等很多問題都要自己去查閱資料，分析問題并解決問題。5結