課設(shè)報(bào)告正文(MATLAB的圖像直方圖的計(jì)算與顯示)

PAGEPAGE10目錄摘要 ITOC\o"1-2"\h\z\u1基礎(chǔ)介紹 11.1MATLAB簡(jiǎn)介 11.2數(shù)字圖像處理簡(jiǎn)介 12設(shè)計(jì)原理分析 32.1灰度直方圖的定義 32.2設(shè)計(jì)原理 32.3常用函數(shù)介紹 33程序及運(yùn)行結(jié)果 43.1流程圖 43.2源程序 43.3運(yùn)行結(jié)果 53.4庫(kù)函數(shù)運(yùn)行結(jié)果 74設(shè)計(jì)總結(jié) 85心得體會(huì) 9參考文獻(xiàn) 101基礎(chǔ)介紹1.1MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB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(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(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MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛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。1.2數(shù)字圖像處理簡(jiǎn)介數(shù)字圖像處理（DigitalImageProcessing）又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理的過程。數(shù)字圖像處理最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計(jì)算機(jī)來處理圖形和圖像信息。數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科大約形成于20世紀(jì)60年代初期。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對(duì)象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等。隨著圖像處理技術(shù)的深入發(fā)展，從70年代中期開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。人們已開始研究如何用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界，這被稱為圖像理解或計(jì)算機(jī)視覺。很多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺計(jì)算理論，這個(gè)理論成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是一個(gè)比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類本身對(duì)自己的視覺過程還了解甚少，因此計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)有待人們進(jìn)一步探索的新領(lǐng)域。2設(shè)計(jì)原理分析2.1灰度直方圖的定義灰度直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，描述的是圖像中該灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)或該灰度級(jí)像素出現(xiàn)的頻率。即：橫坐標(biāo)表示灰度級(jí)，縱坐標(biāo)表示圖像中該灰度級(jí)出現(xiàn)的個(gè)數(shù)或該灰度級(jí)像素出現(xiàn)的頻率，這個(gè)關(guān)系圖就是灰度直方圖。它反映了圖像灰度分布的情況。我們可以通過直方圖的狀態(tài)來評(píng)斷圖像的一些性質(zhì)：明亮圖像的直方圖傾向于灰度級(jí)高的一側(cè)；低對(duì)比度圖像的直方圖窄而集中于灰度級(jí)的中部，高對(duì)比度圖像的直方圖成分覆蓋的灰度級(jí)很寬而且像素的分布沒有不太均勻，只有少量的垂線比其他高許多。直觀上來說：若一幅圖像其像素占有全部可能的灰度級(jí)并且分布均勻，則這樣的圖像有高對(duì)比度和多變的灰度色調(diào)。從概率的觀點(diǎn)來理解，灰度出現(xiàn)的頻率可看作其出現(xiàn)的概率，這樣直方圖就對(duì)應(yīng)于概率密度函數(shù)pdf(probabilitydensityfunction)，而概率分布函數(shù)就是直方圖的累積和，即概率密度函數(shù)的積分。2.2設(shè)計(jì)原理首先讀取目標(biāo)圖片，利用函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為灰度圖片。然后建立一張空表，用于存放灰度值。利用for循環(huán)，檢測(cè)圖片中灰度值為0到255的點(diǎn)求和并存放在add中。檢測(cè)圖片的橫縱坐標(biāo)像素值，求乘積得到總像素值，利用前面的總和除以總像素值得到每個(gè)灰度值的概率，最后得到直方圖顯示。2.3常用函數(shù)介紹imread：圖片讀取函數(shù)rgb2gray：將圖片變換為灰度圖片size：圖片大小檢測(cè)函數(shù)figure：圖片顯示函數(shù)imshow：顯示原圖片3程序及運(yùn)行結(jié)果3.1流程圖讀取圖片并轉(zhuǎn)換成灰度圖片建立一張空表讀取圖片并轉(zhuǎn)換成灰度圖片建立一張空表循環(huán)檢測(cè)灰度值求灰度概率顯示原圖和直方圖求原圖片像總像素值圖3.1設(shè)計(jì)流程圖3.2源程序clearI=imread('F:\a.jpg');I=rgb2gray(I);add=[];tab1=zeros(1,256);forn=0:255X=I==n;add=[add;sum(sum(X))];end;[ab]=size(I);final=add/(a*b);figure;imshow(I);figure;bar(0:255,final,'g')%繪制直方圖title('原圖像直方圖')figure;imhist(I)%利用庫(kù)函數(shù)繪制直方圖3.3運(yùn)行結(jié)果圖3.2原圖片3.3處理后的灰度圖片圖3.4直方圖3.4庫(kù)函數(shù)運(yùn)行結(jié)果上述程序中沒有使用庫(kù)函數(shù)，現(xiàn)在使用庫(kù)函數(shù)imhist直接獲取圖像的直方圖，并與之前得到的直方圖進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果比較相近。圖3.5利用庫(kù)函數(shù)所得直方圖4設(shè)計(jì)總結(jié)此次課程設(shè)計(jì)要求我們matlab軟件設(shè)計(jì)計(jì)算一幅圖像中像素值在各個(gè)灰度級(jí)出現(xiàn)的概率，即圖像的直方圖的程序（不能用matlab提供的庫(kù)函數(shù)），對(duì)給定圖像計(jì)算直方圖，并顯示直方圖圖形。雖然不能使用matlab軟件中自帶的庫(kù)函數(shù)，但是我們可以掌握其原理，編寫程序?qū)?kù)函數(shù)過程化，即編寫程序代替庫(kù)函數(shù)并實(shí)現(xiàn)同樣的功能。拿到一副圖片，如果不是灰度圖片的話，很難檢測(cè)其灰度值，因此必須利用rgb2gray函數(shù)將其變換成灰度圖片。要計(jì)算圖像中某灰度值的出現(xiàn)概率，首先需要知道該灰度值的數(shù)量，因此程序中利用for循環(huán)檢測(cè)該灰度值的次數(shù)。然后利用size函數(shù)檢測(cè)原圖中橫縱坐標(biāo)的值，相乘即得到總的像素值。兩者相除即可得到出現(xiàn)的概率。然后利用figure函數(shù)將他們用圖片形式顯示出來。隨后利用庫(kù)函數(shù)imhist得到的直方圖，與自己變成所得直方圖進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)圖形基本一致。5心得體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想著這樣的程序可以行得通，但實(shí)際接上總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我覺得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)函數(shù)的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多，并且對(duì)于其在程序中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些程序的調(diào)用，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)調(diào)用映象深刻。所以這個(gè)課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。設(shè)計(jì)程序時(shí)，我發(fā)現(xiàn)只有細(xì)心才能做到完美，首先是圖片大小的選擇，還有結(jié)果顯示部分的設(shè)置，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。課程設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說是困難重重，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。