《畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于matlab的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)》

1、論文成績(jī)學(xué)校基于matlab的圖像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)姓 名 x 學(xué) 號(hào) x 課 程 數(shù)字圖像處理 專業(yè)年級(jí) xx指導(dǎo)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(shè)計(jì)分析 PAGEREF _Toc282027761 h 1 HYPERLINK l _Toc282027762 設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc282027762 h 1 HYPERLINK l _Toc282027763 設(shè)計(jì)要求

2、PAGEREF _Toc282027763 h 1 HYPERLINK l _Toc282027764 總體設(shè)計(jì)分析 PAGEREF _Toc282027764 h 2 HYPERLINK l _Toc282027765 3實(shí)現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc282027765 h 2 HYPERLINK l _Toc282027766 31文件翻開(kāi) PAGEREF _Toc282027766 h 2 HYPERLINK l _Toc282027767 文件重載 PAGEREF _Toc282027767 h 4 HYPERLINK l _Toc282027768 3.3 RGB轉(zhuǎn)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(guān)閉 PAGEREF _Toc282027770 h 5 HYPERLINK l _Toc282027771 3.6 退出項(xiàng) 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(zhuǎn) 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(xiàng) 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(qiáng) PAGEREF _Toc282027783 h 15 HYPERLINK l _Toc282027784 4調(diào)試以及分析 PAGEREF _Toc282027784 h 15 HYPERLINK l _Toc282027785 5結(jié)論 PAGEREF _Toc282027785 h 15 HYPERLINK l _Toc282027786 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc282027786 h 16 HYPERLINK l _Toc282027787 致 謝 PAGEREF _Toc282027787 h 16基于matlab的圖

7、像處理技術(shù)及用戶界面設(shè)計(jì)學(xué) 生：x指導(dǎo)老師：x(學(xué)校 系，地名 )1前言數(shù)字圖像處理技術(shù)是20世紀(jì)60年代開(kāi)展起來(lái)的一門新興學(xué)科，隨著圖像處理理論和方法的進(jìn)一步完善，使得數(shù)字圖像處理技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并顯示出廣闊的應(yīng)用前景。MATLAB既是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，同時(shí)又是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺(tái)。它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)提供了最核心的數(shù)學(xué)和高級(jí)圖形工具。根據(jù)它提供的500多個(gè)數(shù)學(xué)和工程函數(shù)，工程技術(shù)人員和科學(xué)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(jì)算。MATLAB中集成了功能強(qiáng)大的圖像處理工具箱。由于MATLAB語(yǔ)言的語(yǔ)法特征與C語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單

8、，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式，而且這種語(yǔ)言可移植性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)、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(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。2設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)目的綜合運(yùn)用MATLAB工具箱實(shí)現(xiàn)圖像處理的GUI程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求(1) 學(xué)習(xí)各種簡(jiǎn)單的圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的根本操作，如圖像的翻開(kāi)，關(guān)閉，保存；數(shù)字圖像的根本處理，如圖像放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、位移、濾波、銳化等。(2) 菜單欄包括：文件，幾何變換，灰度處理點(diǎn)運(yùn)算，圖像增強(qiáng)等項(xiàng)。(3) 主界面局部包含兩個(gè)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(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能和所用的算法

9、，對(duì)系統(tǒng)的功能和算法進(jìn)行詳細(xì)的論述。(5) 編寫(xiě)程序代碼和調(diào)試程序，設(shè)計(jì)一個(gè)基于MATLAB的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。總體設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)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(gè)菜單項(xiàng)選擇項(xiàng)，分別實(shí)現(xiàn)文件操作、幾何變換、灰度處理及圖像增強(qiáng)等多種功能。頭部是用四個(gè)靜態(tài)框組成。用一個(gè)axes控件顯示原始圖像，另一個(gè)axes控件顯示每一步處理后的圖像。對(duì)于坐標(biāo)是用來(lái)比照縮放圖像時(shí)查看其效果的。3實(shí)現(xiàn)方法具體設(shè)計(jì)主要有四個(gè)局部組成，分別是文件、幾何變換、灰度處理及圖像增強(qiáng)，然后每一局部又有不同的選項(xiàng)，文件中包括：翻開(kāi)、重載、RGB轉(zhuǎn)換為灰度、保存處理結(jié)果、關(guān)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(zhuǎn)；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(qiáng)中有：加噪聲、平滑、銳化及偽彩色增強(qiáng)。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(qiáng)包括亮度切割法和灰度級(jí)彩色變換法。下面就其程序及效果做詳細(xì)說(shuō)明。31文件翻開(kāi)程序說(shuō)明：為了讓使用者方便的使用，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)翻開(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，由于這個(gè)GUI程序的操作對(duì)象是圖像文件，所以設(shè)置這里的缺

11、省后綴名為“.jpg。Uigetfile函數(shù)的調(diào)用格式為name,path=uigetfile()，在按下對(duì)話框中的執(zhí)行按鈕“翻開(kāi)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(cuò)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(cuò)誤的對(duì)話框，否那么，通過(guò)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(yùn)行效果： 圖3.1 文件翻開(kāi)圖其實(shí)文件重載和文件翻開(kāi)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(dāng)于給全局變量I符新值。 RGB轉(zhuǎn)換為灰度程序說(shuō)明：由于小軟件中有許多功能是針對(duì)于灰度圖像進(jìn)行處理的，所以在進(jìn)行這

12、些操作之前是必須轉(zhuǎn)化成灰度的，轉(zhuǎn)換成灰度也成了必備的功能了。其實(shí)轉(zhuǎn)換非常簡(jiǎn)單，只需要調(diào)用函數(shù)rgb2gray(),然后將保存圖像的變量放入括號(hào)即可。運(yùn)行效果： 圖3.2 真彩轉(zhuǎn)灰度圖3.4 文件保存程序說(shuō)明：同樣也通過(guò)對(duì)敵框的形式來(lái)保存圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)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(yùn)行效果： 圖3.3 文件保存圖3.5 關(guān)閉程序說(shuō)明：關(guān)閉只是對(duì)當(dāng)前的操作進(jìn)行關(guān)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(fù)到翻開(kāi)時(shí)的狀態(tài)。運(yùn)行效果： 圖3.4 點(diǎn)擊關(guān)閉前圖 圖3.5 點(diǎn)擊關(guān)閉后的效果圖3.6 退出項(xiàng)退出，顧名思義就是退出整個(gè)軟

13、件，把所有的窗口及操作都終止。3.7 垂直鏡像運(yùn)行效果： 圖3.6 垂直鏡像圖3.8 水平鏡像運(yùn)行效果： 圖3.6 水平鏡像圖3.9 圖像縮放程序說(shuō)明：使用函數(shù)imresize來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diào)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(shè)置其為“bilinear，縮放的倍數(shù)由用戶自己設(shè)定。運(yùn)行效果： 圖3.7 放大圖 圖3.8 縮小圖運(yùn)行效果： 圖3.9 旋轉(zhuǎn)45度圖運(yùn)行效果： 圖3.11 反色效果圖3.10 直方圖均衡運(yùn)行效果： 圖3.12 直方圖均衡

14、效果圖3.11 全局線性變換運(yùn)行效果3.12 分段線性變換運(yùn)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(guò)以下兩個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)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(jié)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(xiàng)將圖像平滑可以用鄰域平均法和中值濾波法。 領(lǐng)域平均法的思想是用像素及其指定鄰域內(nèi)像素的平均值或加權(quán)平均值作為該像素的新值，以便去除突變的像素點(diǎn)，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(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，但它在降低噪聲的同時(shí)使圖像產(chǎn)生模糊，特別是在邊緣和細(xì)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(duì)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(shí)很好地保持圖像邊緣。中值濾波的原理很簡(jiǎn)單，它把以某像素為中心的小窗口內(nèi)的所有像素的灰度按從小到大的順序，取排序結(jié)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(gè)像素的窗口?？梢杂煤瘮?shù)來(lái)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(qiáng)圖象邊緣等細(xì)節(jié)。為了能增強(qiáng)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(nèi)的兩對(duì)角像素來(lái)計(jì)算兩個(gè)偏導(dǎo)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(duì)圖像進(jìn)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(qiáng)偽彩色增強(qiáng)是把黑白圖像的各不同灰度級(jí)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(shù)。它使原圖像細(xì)節(jié)更易識(shí)別，目標(biāo)更容易識(shí)別。偽彩色增強(qiáng)的方法主要有以下三種。 密度分割法 灰度級(jí)一彩色變換 頻率域偽彩色增強(qiáng)密度分割法或稱強(qiáng)度分割法是偽彩色增強(qiáng)中一種最簡(jiǎn)單的方法，如下圖。它是把黑白圖像的灰度級(jí)從0(黑)到 M0(白)分成N個(gè)區(qū)間Ii(i1，2，N)，給每個(gè)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(jiǎn)單，缺點(diǎn)是變換出的彩色數(shù)目有限。4調(diào)試以及分析在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題例如一個(gè)函數(shù)只能對(duì)灰度圖像處理，不能對(duì)RGB圖像處理，那么如何才能對(duì)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(duì)二維數(shù)據(jù)的，而RGB圖像的數(shù)據(jù)是一個(gè)三維矩陣，所以處理要與灰度圖像不同，在開(kāi)始的時(shí)候，我認(rèn)為應(yīng)該找一個(gè)能夠應(yīng)用于三維矩陣的函數(shù)，結(jié)果卻沒(méi)找到，后來(lái)想到可以把三維數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)操作對(duì)灰度圖像可以使用，當(dāng)用戶選擇的是彩色圖像時(shí)，該操作就會(huì)出錯(cuò)？這是由于設(shè)計(jì)程序時(shí)，本身程序是有針對(duì)性的，有些程序只能對(duì)灰度圖像有效，有些對(duì)彩色圖像有效，但是用戶并不清楚這些，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就要考慮全面，要分開(kāi)設(shè)計(jì)。在本次課程設(shè)計(jì)中，我均對(duì)每個(gè)程序的開(kāi)始時(shí)，用if isrgbx進(jìn)行判斷。等等很多問(wèn)題都要自己去查閱資料，分析問(wèn)題并解決問(wèn)題。5結(jié)