數(shù)字圖像處理課程設(shè)計報告

1、本科綜合課程設(shè)計報告I像處理演示系統(tǒng)指導(dǎo)教師輔導(dǎo)教師學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 院（部） 專業(yè) 052 班2008 年 12 月 30 B1主要內(nèi)容1.1數(shù)字圖像處理背景及應(yīng)用數(shù)字圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。 目前，圖像處理演示系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛醫(yī)學(xué)、軍爭、科研、商業(yè)等領(lǐng)域。因為數(shù)字圖像處 理技術(shù)易于實現(xiàn)非線性處理，處理程序和處理參數(shù)可變，故是一項通用性強，精度高，處理 方法靈活，信息保存、傳送可靠的圖像處理技術(shù)。本圖像處理演示系統(tǒng)以數(shù)字圖像處理理論 為基礎(chǔ)，對某些常用功能進行界面化設(shè)計，便于初級用戶的操作。圖像處理演示系統(tǒng)設(shè)計要求能加載和顯示

2、原始圖像，顯示和輸出處理后的圖像；系統(tǒng)要便于維護和具備可擴展性；界面友好便于操作；圖像處理演示系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)數(shù)字圖像處理演示系統(tǒng)應(yīng)該具備圖像的幾何變換（平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、戳轉(zhuǎn)）、圖像增 強（空間域的平滑濾波與銳化濾波）的簡單處理功能。幾何變換幾何變換又稱為幾何運算，它是圖像處理和圖像分析的重要內(nèi)容之一。通過幾何運算， 可以根據(jù)應(yīng)用的需要使原圖像產(chǎn)生大小、形狀、和位置等各方面的變化。簡單的說，幾何變 換可以改變像素點所在的幾何位置，以及圖像中各物體之間的空間位置關(guān)系，這種運算可以 被看成是將各物體在圖像內(nèi)移動，特別是圖像具有一定的規(guī)律性時，一個圖像可以由另外一 個圖像通過幾何變換來產(chǎn)生。實際上，一

3、個不受約束的幾何變換，可將輸入圖像的一個點變 換到輸出圖像中的任意位置。幾何變換不僅提供了產(chǎn)生某些特殊圖像的可能，甚至還可以使 圖像處理程序設(shè)計簡單化。從變換性質(zhì)來分可以分為圖像的位置變換、形狀變換等圖像增強圖像增強是數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容之一，其目的是根據(jù)應(yīng)用需要突出圖像中的某些 “有用”的信息，削弱或去除不需要的信息，以達到擴大圖像中不同物體特征之間的差別, 使處理后的圖像對于特定應(yīng)用而言，比原始圖像更合適，或者為圖像的信息提取以及其他圖 像分析技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。一般情況下，經(jīng)過增強處理后，圖像的視覺效果會發(fā)生改變，這種 變化意味著圖像的視覺效果得到了改善，某些特定信息得到了增強。2設(shè)計思想

4、:圖像處理演示系統(tǒng)實現(xiàn)工具的選擇使用MATLAB軟件進行界面設(shè)計及程序編寫。選擇MATLAB軟件原因之所以選擇MATLAB X具是因為：MATLAB是集數(shù)值計算，符號運算及圖形處理等強大 功能于一體的科學(xué)計算語言。作為強大的科學(xué)計算平臺，它幾乎能夠滿足所有的計算需求。 MATLAB全稱是Matrix Laboratory (矩陣實驗室)，一開始它是一種專門用于矩陣數(shù)值計算 的軟件，從這一點上也可以看出，它在矩陣運算上有自己獨特的特點。實際上MATLAB中的 絕大多數(shù)的運算都是通過矩陣這一形式進行的。這一特點也就決定了 MATLAB在處理數(shù)字圖 像上的獨特優(yōu)勢。理論上講，圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù)

5、，然而在計算機上對圖像進行數(shù)字 處理的時候，首先必須對其在空間和亮度上進行數(shù)字化，這就是圖像的采樣和量化的過程。 二維圖像進行均勻采樣，就可以得到一幅離散化成樣本的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像是一 個整數(shù)陣列，因而用矩陣來描述該數(shù)字圖像是最直觀最簡便的了。而MATLAB的長處就是處 理矩陣運算，因此用MATLAB處理數(shù)字圖像非常的方便。MATLAB支持五種圖像類型，即索引圖像、灰度圖像、二值圖像、RGB圖像和多幀圖像陣列； 支持 BMP、GIF、HDF、JPEG、PCX、PNG、TIFF、XWD、CUR、ICO 等圖像文件格式的讀，寫和 顯示。山VTLAB對圖像的處理功能主要集中在它的圖像處理工具箱(

6、Image Processing Toolbox)中。圖像處理工具箱是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成，可以進行諸如幾 何操作、線性濾波和濾波器設(shè)計、圖像變換、圖像分析與圖像增強、二值圖像操作以及形態(tài) 學(xué)處理等圖像處理操作。2. 3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3圖形用戶界面設(shè)計GUI是實現(xiàn)人機交互的中介，可以通過它實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、處理和輸出。MATLAB提供了一 個專門的GUI設(shè)計工具一一圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境(GUIDE),使用該工具，可以快速完成 GUI設(shè)計任務(wù)。利用MATLAB提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，還可以創(chuàng)建工具欄控件和多種對話框。啟動GUIDE在命令窗口中鍵入guide,啟動GUIDE,顯示如下圖所示的GUI

7、DE Quick StartM對 話框。打開“GUIDE Quick Start”對話框，利用GUIDE模板創(chuàng)建新的GUI,選擇一個模板后, 單機0K按鈕，在輸出編輯器中打開GUI。如下： untx*t 1 cdxc輸出編輯器在GUIDE中打開GUI以后，它顯示在輸出編輯器中。輸出編輯器是所有GUIDE工具 的控制面板?？梢酝ㄟ^拖拉控件來設(shè)計GUI,這些控件位于輸出編輯器左側(cè)的工具箱中，有按鈕、 彈出式菜單和坐標系等多種。也可以用輸出編輯器設(shè)置GUI控件的基本屬性。GUIDE模板“GUIDE Quick Start”對話框提供了幾種基本類型的GUI模板。使用模板的好處是 可以通過改模板來快速創(chuàng)

8、建GU I。選擇一種模板以后，它的預(yù)覽效果顯示在右面的面板中。菜單編輯器利用菜單編輯器，可以創(chuàng)建、設(shè)置、修改下拉式菜單和彈出式菜單。在GUIDE中單機 工具欄上的謬按鈕，或者選擇Tools”菜單中的Menu Editor”選項，打開菜單編輯器的界面，如下圖所示:上圖中左上角第一個按鈕用于創(chuàng)建下拉式菜單。用戶可以通過單擊它來創(chuàng)建下拉式主菜單。 第二個按鈕用于創(chuàng)建下拉式主菜單的子菜單運行后效果如下:最終GUI運行效果圖如下:首次運行后會自動生成和兩個文件，默認目錄設(shè)在MATLAB安裝目錄下的work文件夾里，中 存放的是GUI的相關(guān)編碼，以及相關(guān)控件的回調(diào)函數(shù)，今后可以對其進行代碼修改，添加, 刪

9、除等操作，是GUI的界面文件。今后主要是對文件里面代碼的相關(guān)操作以實現(xiàn)相關(guān)功能!4圖像處理演示系統(tǒng)各功能的實現(xiàn)文件的打開與保存文件的打開在主菜單“文件”的下拉菜單中，有個“打開”選項，在 其回調(diào)函數(shù)中添加打開某個文件的相關(guān)代碼：fname, pname=uige tf 訂e(*. bmp； *. jpeg； *. gif,1 Open the filer)fname為將要打開文件的文件名，pname為將要打開文件的 路徑。Uigetfile函數(shù)中主要有兩部分參數(shù) *. bmp；*, jpeg;*, gif是想要打開文件的格式，Open the file,是生成文件選擇扌丁開對話框的標題，此段代

10、碼運行效果如下：Open the file?lxj查找范Ed)：work|匡1才ESHimgc524&. gif衛(wèi) 1 enl. bffip叭7 1 ena. l）mp7 yingA-u. bmp文件名)：|打開 1文件類型（I）* |*. bmp; jpeg;*, gif二1取消1圖打開一幅圖像從上圖中選擇需要進行操作的文件，將其打開以便后續(xù)操作圖 打開一幅圖像后在界面窗口顯示在打開回調(diào)函數(shù)中我希望同時對文件進行相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取，以便在今后的處理操 作中可以方便的調(diào)用，讀取完圖像數(shù)據(jù)后在窗口中顯示圖像，相關(guān)代碼如下：V=strcat (pname, fname)； 曲易像賦依給變量V=Vgui

11、data (hObject. hand 1 es) % 更迂句柄數(shù)據(jù)axes%添加一坐標軸用來指定顯示圖像的區(qū)域i mshow (V)%顯示選取的圖像當執(zhí)行以上代碼時會有一種情況出現(xiàn)錯誤，那就是當我們進行打開”文件操作時候, 如上圖Open,在這里當我們沒有選擇文件，而將窗口強行關(guān)閉或選擇了程序無法識別的文件格式時，命令窗口會提示錯誤，所以加入如下代碼進行處理:if fname 5returnend對打開的文件名長度進行判斷，確定有文件打開時會進行下面的操作，當沒有文件時退 出，整個回調(diào)函數(shù)如下：fname,pname=uigetfile(r * .bmp；*jpeg；* .gif.Open

12、the file) L=length(fname)if fname hhh(q)temp二hhh(p)； hhh(p)=hhh(q);hhh(q)=temp；endendendI_2(i,j)=hhh(5)；send end圖圖像空域的平滑濾波處理結(jié)果圖像的銳化濾波處理1）銳化濾波的作用：圖像的平滑處理會使圖像的邊緣紋理信息受到損失，圖像變得比較模糊。如果需要突出 圖像的邊緣紋理信息，則可以通過銳化濾波器實現(xiàn)，它可以消除或減弱圖像的低頻分量從而 增強圖像中物體的邊緣輪廓信息，使得除邊緣以外的像素點的灰度值趨向于零。2）銳化濾波原理銳化濾波器是以對圖像的徴分運算或差分運算為基礎(chǔ)。微分運算是求像素

13、點灰度值的變 化率，而圖像內(nèi)不同物體邊緣處的像素點的灰度值往往變化比較明顯，因此微分運算或差分 運算可以起到増強邊緣信息的作用。銳化算子：3) 實現(xiàn)方法:for i=l：m-2b(i+1, j+1) =abs(4*x(i+1 j+1)-x(i. j+1)-x(i + l, j)-x(i+l, j+2)-x(i+2. j+1)； endend圖模板銳化濾波結(jié)果圖像的幾何變換對圖像進行平移1) 圖像平移的作用：將圖像中的某點從一個位置(X,Y)移動到另外一個位置(X0.Y0)，而使平移后的圖像與 原始圖像完全相同。2) 圖像平移原理：圖像的平移是圖像變換中最簡單的變換之一，其特點是平移后的圖像與原

14、圖像完全相 同，平移后新圖像上的每一個點都可以在原圖像中找到對應(yīng)的點。r若點A。(Xo.Yo)進行平移后，被移到A(X.Y),其中X方向的平移量為方向的平移量 為、，那么點A(X,Y)的坐標為：r X=Xc+AXI Y=Yo+AYst.操作中需要輸入平移的橫縱量，變量的輸入代碼如下prompt = 請輸入橫向平移;title=r r；ansa=inputdlg(prompt,title): xl=str2num(ansa 1)；=xl； prompt=，請輸入縱向平移量;title*；ansa=inputdlg(prompt,t i tle)； yl=str2num(ansa1)；=yi；gu

15、idata(hObject,handles)%上段代碼中的xl.yl即為需要輸入的橫向平移量與縱向平移量 執(zhí)行后出現(xiàn)如圖界面：諳輸人摘向平移星403）實現(xiàn)方法：for x=l：wfor y=l：hPosSourceX=uintl6(x+xl)；PosSourceY=uint16(y+yl)；if(PosSourceXw) ! I (PosSourceYh)if = =24)Transfor(x, y,l：3) = uint8(l):elseTransfor(x, y) = uint8(l):endelseif = =24)Transfor(x,yf1：3) = Bmplmage(PosSour

16、ceX,PosSourceY,1:3)； elseTransfor(x.y) = BmpImage(PosSourceXtPosSourceY):endendendendfigure；imshow(Tiansfor)%(PosSourceX和PosSourceY是平移后坐標點，Transfor為平移后圖片)圖圖像的平移結(jié)果對圖像進行縮放1) 圖像縮敖的作用：對圖像進行縮小和放大的處理，可分別對其寬和高的縮放量進行設(shè)置。2) 圖像縮放原理：通常情況下，數(shù)字圖像的比例縮放是將給定的圖像在X方向和Y方向按相同比例縮 放a倍。從而獲得一副新的圖像，如果X方向和Y方向縮放的比例不同，則圖像的 比例縮放會

17、改變原始圖像像素之間的相對位置，產(chǎn)生幾何畸變。設(shè)原始圖像中的點 Ao(Xo.Yo)比例縮放后，在新圖像中的對應(yīng)點為A.CXuY,),則坐標關(guān)系可表示為： Xl=aX0Yl=bXO若比例縮放所產(chǎn)生的圖像中的像素在原圖像中沒有相對應(yīng)的像素點時，就需要進行灰 度值的插值運算，一般有以下兩種插值處理方法。(1)直接賦值為和它最相近的像素灰度值，這種方法稱為最鄰近插值法，該方法的主要特點是簡單、計算量很小、但可能會產(chǎn)生馬賽克現(xiàn)象；(3) 通過其他數(shù)學(xué)插值算法來計算相應(yīng)像素點的灰度值，這類方法處理效果好，但運算 量會有所增加對圖像進行縮放時需要輸入縮放的倍數(shù)，其相關(guān)代碼如下：prompt = 請輸入X向縮

18、放倍數(shù)：；title=,：ansa=inputdlg(prompt,title)；sx=str2num(ansa 1);=sx：guidata(hObject,handles)%上段代碼中的sx即為下圖中所輸入的倍數(shù)同理可設(shè)置Y向縮放倍數(shù)sy.3) 實現(xiàn)方法：m=； ml=m*sx；nl二n*sy； for h=l：ml；for w=l:nl；b(h, w) = i (round (h/sx), round (w/sy): %round 取最箏近整數(shù)口endend(m, n為原始圖像的二維數(shù)據(jù),ml.nl為縮放后的圖像二維數(shù)據(jù)，xx為讀取的原始圖像信息)圖圖像的縮放結(jié)果)對圖像進行旗轉(zhuǎn)1) 圖

19、像旋轉(zhuǎn)的作用：對圖像進行任意角度的旋轉(zhuǎn)。2) 圖像旅轉(zhuǎn)原理：圖像的旋轉(zhuǎn)變換是幾何學(xué)中研究的重要內(nèi)容之一，一般情況下，圖像的旋轉(zhuǎn)變換是指以圖像的中心為原點，將圖像上的所有像素都族轉(zhuǎn)同一個角度的變換。圖像經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換之后, 圖像的位置發(fā)生了改變，但旋轉(zhuǎn)后，圖像的大小一般會改變。和平移變換一樣，在圖像癥轉(zhuǎn) 變換中既可以把轉(zhuǎn)出顯示區(qū)域的圖像截去，又可以擴大顯示區(qū)域的圖像范圍以顯示圖像的全 部。設(shè)原始圖像的任意點Ao(Xo,Yo)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)B角度以后到新的位置A(X.Y),為表示方便,a o如下圖所示根據(jù)極坐標與二維垂直坐標的關(guān)系，原始圖像的點Ao(Xo,Yo)的X對圖像進行旋轉(zhuǎn)操作時需要輸入旋轉(zhuǎn)角度，相

20、關(guān)實現(xiàn)代碼如下: prompt=請輸入旅轉(zhuǎn)角度：;title二Angle Degrees1: ansa=inputdlg(prompt,t i tle)； n=str2num(ansa1)；=n；% n為我們輸入的角度值guidata(hObject,handles)V=；G=imread(V)；J%將角度轉(zhuǎn)換為直觀的表示方法，便于直接輸入度數(shù)。i=rgb2gray(G): pai=； n=pai*nzZ180； 上段代碼執(zhí)行如下:3）實現(xiàn)方法：%計算原圖像各像素的新坐標 for indexX=0： （XT）for indexY二0：(Y-l)ImageNew(round(indexX*cos

21、(n)-indexY*sin(n)+round(abs(min(LeftTop(1,1) LeftBot tom(1,1),RightTop(l,1)fRightBottom(lt1)+1t1+round(indexX*sin(n)+indexY*cos( n)+round(abs(min(LeftTop(1,2)#LeftBottom(1,2),RightTop(l,2)t R i ghtBottom(112) )=i(indexX+1,indexY+1)；end end圖圖像族轉(zhuǎn)處理結(jié)果對圖像進行橫軸翻轉(zhuǎn)和縱軸翻轉(zhuǎn)1）圖像翻轉(zhuǎn)的作用：實現(xiàn)圖像的水平和垂直方向的蠡轉(zhuǎn)。2）圖像翻轉(zhuǎn)原理：垂直方

22、向：y =h-y+l水平方向：x =w-x+l 其中為h圖像高，w為圖像寬3）實現(xiàn)方法：if =24）Transfor(x, y,1：3) = uint8(l)； elseTiansfor (x, y) = uint8(l):endelseif =24)Transfor(x,y,1:3) = Bmplmage(PosSourceX,PosSourceY,1:3)； elseTransfor(x.y) = BmpImage(PosSourceXtPosSourceY):endend(Transfor為翻轉(zhuǎn)后圖像，PosSourceX, PosSourceY為翻轉(zhuǎn)后坐標)圖圖像的橫軸翻轉(zhuǎn)和縱軸翻轉(zhuǎn)

23、4.4圖像直方圖的繪制1）圖像直方圖繪制的作用： 實現(xiàn)圖像直方圖的均衡化。2）圖像直方圖均衡原理：直方圖均衡化是將原圖像的直方圖通過變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，然后按均衡直方 圖修正原圖像。圖像均衡化處理后，圖像的直方圖是平直的，即各灰度級具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由 于灰度級具有均勻的概率分布，圖像看起來就更清晰了。首先假定連續(xù)灰度級的情況，推導(dǎo)直方圖均衡化變換公式，令廠代表灰度級，P（r）為 概率密度函數(shù)。（注:r值已歸一化，最大灰度值為1）。3）實現(xiàn)方法:V =:xx=imfinfo(V)；Bmpimage=imread(V)；w=；h=;grey grade=2:for i=l：grey grade grey_friq(i)=O