基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設計

1、第22卷第2期 2008年6月 黑龍江工程學院學報(自然科學版Journal of Heilongj iang Institute of TechnologyV01.22,2 JurL,2008基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設計關叢榮1,王 虹2(L黑龍江工程學院電子工程系,黑龍江哈爾濱150050;2.中國民航大學航空自動化學院,天津300300摘要:彩色圖像較之灰度圖像更能夠體現(xiàn)人的視覺特性和認知事物的規(guī)律,介紹基于RGB空間的各種彩色圖像 處理技術,包括彩色圖像增強、彩色邊緣檢測及彩色分割等,并利用MATI。AB可視化編輯圖形界面的功能,制作彩 色圖像處理圖形用戶界面,并針對實際彩色

2、圖像進行實驗,給出實驗結果及相應程序。關鍵詞:RGB;彩色圖像處理;GUI;MATLAB中圈分類號:TP391.41文獻標識碼:A 文章編號:1671-4679(200802006605Design of the color image processing GUI based on RGB spaceGUAN Cong-ron91.WANG Hon92(1.Dept.of Electronic Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China;2.Aviati on Automatic Col lege,

3、Civil Aviation College of China,Tianjin 300300,ChinaAbstract:Color image can externalizate the vision characteristic and cognition rule of man better than gray image.This article introduces all kinds of color image processing techniques based on RGB space,such as color image enhance,color edge detec

4、tion and color segmentation.The artice makes use of the MATI。AB GUI function to make the interface of color image processing.The experiment results and programs are given.Key words:RGB;color image processing;GUI;MATLAB顏色是一個強有力的描繪子,它常?？珊喕?標物的區(qū)分及從場景中抽取目標的過程,人可以辨 別幾千種顏色色調(diào)和亮度,相形之下只能辨別出幾 十種灰度層次,兇此,彩色圖像較

5、之灰度圖像往往更 能夠體現(xiàn)人的視覺特性和認知事物的規(guī)律,正受到 人們越來越多的關注f1。彩色圖像處理一般分2個 步驟,先要選擇合適的彩色空間,再選擇彩色圖像的 處理方法。介紹了彩色圖像相關的基礎知識、RGB 彩色空間及其基本原理;論述了基于RGB空間的 彩色圖像處理相關技術,包括彩色圖像增強、彩色圖 像邊緣檢測及彩色分割等。在此基礎上,本文利用 MATI,AB數(shù)字圖像處理丁具箱,開發(fā)了基于GUI (圖形用戶界面平臺的彩色圖像處理交互式圖形用 戶界面,同時給出彩色圖像處理GUI界面的程序編 制流程圖及相關同調(diào)函數(shù)、對象函數(shù)的程序設計,并 對不同彩色圖像進行了具體實驗。收稿日期:20071113基

6、金項目:黑龍江省高校青年學術骨干支持計劃資助項目 (1151G039作者簡介:關叢榮(1971,女,副教授,研究方向;視覺傳感. 1RGB彩色空間彩色空間是指某個三維彩色空間中的一個可見 光子集,它包含某個色彩域的所有色彩。RGB(紅 綠藍空間在數(shù)字圖像處理中是一種十分常用的彩 色顯示空間,常用于電視機、監(jiān)視器和數(shù)碼相機 等2f。RGB彩色空間中每種顏色出現(xiàn)在紅、綠、藍的 原色光譜分量中,它基于笛卡兒坐標系統(tǒng),所考慮的 彩色子空間是圖l所示的立方體,沿著主對角線從 原點的黑色到點(1,1,1的白色是灰度值。三基色 R、G、B相互獨立,其中任一色均不能由其它二色混 合產(chǎn)生。它們又是完備的,即所有

7、其它顏色都可以 由三基色按不同的比例組合而得到。2彩色圖像處理技術2.1彩色圖像增強彩色圖像增強包括圖像平滑和銳化兩方面。在 RGB空問實現(xiàn)對彩色圖像的平滑是通過對各個分 量利用灰度圖像平滑的方法來實現(xiàn)的。例如,用鄰 萬 方數(shù)據(jù)第2期 關叢榮,等:基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設計 67域平均值可以在每個彩色平面的基礎上進行,其結果與用RGB彩色向量執(zhí)行平均是相同的3。彩色圖像S表示在RGB彩色圖像中定義一個中心在(z,y的鄰域的坐標集,在該鄰域中RGB分量的平均值如式(1所示。c(x,y一i1c(x,y. (1圖1RGB彩色空間原理圖其向量的附加特性如式(2所示。c(x,y一 去R(x,

8、y1、(j,yE瓦1G(x,y“fJy奠妻B(z、“yESxyG(2v2f(z,y一l v2G(xR(x,yY7I (3 廠V2,b2B(x,v-J. c(x,y的最大變化率方向由角度給出。0一-至1-arctan瓦29v瓦.芷叩 芷c(x,y的最大變化率大小表示為(4 F(口一丟(踟+g拶+(趾一g圳c。s 20+ 2島sin 2訓吉. (5 式中:踟一uu一曠U-_l篡I 2+l籌I 2+ 等f 2,g。一VV=VrVi等2+霧2+ I瓦3B 2,酗一L,V=Urv-OdRz OdRv,adGz odGv_蓑鬻,U 3形R+象+謄,V一塑3y,一+等+等。 瓦瓦, 一zr十瓦g十瓦6,、/

9、一一r十丙g十瓦D。2.3彩色圖像分割彩色圖像的分割可利用灰度圖像分割的方法, 而且對于不同應用場合需要利用不同的彩色空 間r6。在RGB空間進行的彩色圖像分割可減少空 間轉換帶來的非線性誤差。首先利用感興趣有代表 性的彩色點樣品集可得到一個彩色“平均”估計,這 種平均彩色是希望分割的彩色,用RGB向量口來表 示。分割的目標是對給定圖像巾每一個RGB像素 進行分類,因為在確定的范圍會有某種顏色或者沒 有這種顏色,分類是通過相似性度量。簡單的度量 之一是歐式距離,如式(7所示。D(z,口一II zn II一(znT(z一口專一 (孫一口R2+(托一口G2+(zBaB2專.(7 式中:z是RGB空

10、問中的任意一點;注腳R、G、B表 示向量口和z的RGB分量;D(z,口D。的點的軌 跡是半徑為D。的實心球,球內(nèi)和表面的點符合特 點的彩色準則,球外的點不符合準則,對這兩類點集 編碼,產(chǎn)生二值分割圖像(D。為閥值。進一步推廣 如式(8所示。D(z,a一E(z一口Tfl(名一日專. (8 式中:C是希望分割的彩色典型樣本的協(xié)方差矩陣, D(z,nD。的點的軌跡是一個實心的三維球體, 其最大特點是主軸在最大數(shù)據(jù)范圍的分向旋轉。因 為距離是正的和單調(diào)的,可以用距離的平方運算來 代替,使用邊界盒方案如圖2所示。該方法盒的中 心在a上,沿每一彩色軸的尺度選擇與沿每一個軸 取樣的標準差成比例,標準差的計算

11、只使用一次樣 本彩色數(shù)據(jù)。給定一個任意的彩色點,根據(jù)它是否 在盒子表面或內(nèi)部來進行分割,計算比前兩種簡單。 萬 方數(shù)據(jù)68 黑龍江工程學院學報(自然科學版 第22卷3彩色圖像處理GUI設計GUI是包含圖形對象(如窗口、圖標、菜單和文 本的用戶界面,以某種方式選擇或激活這些對 象7|。MATLAB是Mathwork公司于1982年推 出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件,是一種 交互式、面向對象的程序設計語言,被廣泛地應用在 科學運算領域中。MATLAB的圖形用戶界面GUI 是指包含圖形對象的用戶界面是MATI。AB句柄圖 形系統(tǒng)的子系統(tǒng)。它包含兩類圖形對象:一是用戶 界面控件對象(Uicont

12、r01;一是用戶界面菜單對象 (Uimenu,簡稱為控件對象和菜單對象。本文基于 MATLAB設計一個專門處理彩色圖像的交互式圖 形用戶界面,使彩色圖像處理更直觀化、形象化。圖2彩色邊緣檢測示意圖3.1總體設計彩色圖像處理圖形界面GUI包含4個axes對 象、1個彈出菜單、2個靜態(tài)文本框,內(nèi)容包括彩色圖 像處理的增強處理,直接對彩色圖像進行邊緣檢測 和彩色分割處理,運行操作時存彈出菜單中選取感 興趣的圖片,第1個axes對象就顯示所選圖片,后3個界面會顯示相應的處理結果,彩色圖像增強、邊緣 檢測、彩色分割的效果圖會顯示總體平滑效果,第6個axes對象中會顯示總體銳化效果。各模塊的功 能調(diào)用流程

13、如圖3所示。圖3各模塊的功能調(diào)用流程圖 3.2界面設計在MATLAB命令窗口中輸入guide或其它方 式打開MATLAB的GUIDE編輯器,進入GUIDE 集成編輯環(huán)境。根據(jù)需要進行界面設計,依次選取 按鈕、可編輯文本框、靜態(tài)文本框等控件,然后雙擊 相應的控件,看到其“屬性編輯框Property Inspec tor”,進行控件屬性的修改,根據(jù)需要填好各控件的 相關屬性值。界面設計完成后,按工具欄中的Activate Figure按鈕即可運行。在設計過程中,用戶控 件(uicontr01設計尤其是其屬陛的設置以及相關函 數(shù)的調(diào)用是難點,直接關系到界面沒計是否成功。 將所需控件從控件面板拖拽到G

14、UIDE的設計區(qū) 域,用方框拖取需要的位置和大小,利用丁具條中的 工具或相應的菜單和現(xiàn)場菜單,快速完成界面布局, 如圖4所示。根據(jù)需要填好各控件的相關屬性值設 置控件的屬性。尤其是tag屬性,它是控件在程序 內(nèi)部的唯一標識。若需要,打開菜單編輯器為界面 添加菜單。值得注意的屬性包括Position和Units 屬性,它們定義了對象的大小和位置。特殊對象的 某些屬性是唯一的。接著為每個回調(diào)函數(shù)添加代碼 以實現(xiàn)GUI程序的具體功能?？丶醮渭尤氪绑w 時,其callback屬性被設為字符串7%automatic。 一般無需更改這個設置,而讓GUIDE在保存文件 或運行窗體時自動為回調(diào)函數(shù)生成一個名字

15、,如圖 5(a所示。如界面yuantupopupmenu的回調(diào)函數(shù) CIP(yuantupopupmenuCallback,gcbo,口,gui data(gcbo。表征特定對象屬性的滾動列表,可以 通過選擇對象或點擊布局編輯器任務欄上的Property Inspector(屬性檢測器按鈕顯示出來,如圖 5(b所示。圖4用戶界面的設計3.3回調(diào)函數(shù)的編制控件的功能是通過執(zhí)行其回調(diào)程序來實現(xiàn)的。 選中控件單擊鼠標右鍵,在彈出的菜單中選擇View 萬 方數(shù)據(jù)第2期 關叢榮,等:基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設計Callbacks,在其子菜單中再選擇Callback,可以進人回調(diào)程序編輯器中(第

16、一次打開Callback時需要將圖形界面文件存盤,以后再打開時,直接進入回調(diào)程序編輯器中,在回調(diào)程序編輯器中編寫各控件的代碼,可以使圖形界面完成約定的任務?；卣{(diào)函數(shù)分圖形回調(diào)函數(shù)和對象回調(diào)函數(shù)。編制圖形回調(diào)函數(shù)主要作用是對界面上鼠標事件的處理,編制對象回調(diào)函數(shù)主要作用是分別對各控件的功能。(a圖5圖形對象的Property Inspector彩色圖像處理的界面設計的回調(diào)函數(shù)如下;Function yuantupopupmenuCallback(hObject, eventdata,handlesfilenamesget(hObject,7strin97;%定義調(diào)入原圖像popupmenu的回調(diào)

17、函數(shù);v=get(hObject,value;axes(handles.axeslIimread(filenamesf v;imshow(I;%調(diào)入原圖像在第1個坐標系中顯示;axes(handles.axes2;%在第2個坐標系中顯示增強后的圖像;w2一111;181;1117;%選取拉普拉斯濾波器;fR=I(:,:,1;fGI(:,:,2;fB=I(:,:,3;0A提取RGB圖像的各分量;fRfiltered=fR-imfiher(fir,w2,7replicate 7;%從原圖像中減去用拉普拉斯算子處理結果fGfiltered=fG-imfiher(fG,w2,7replicate 7;

18、fBfiltered=fB-imfilter(fB,w2,7replicate 7;fRfiltered=adapthisteq(fR_filtered;fGfiltered=adapthisteq(fG_filtered;fB-filtered=adapthisteq(fB_filtered;%直方圖增強原圖像w=fspecial(gaussian 7,50;%線性空間 噪聲fRfiltered=imfilter(fR,w,7replicate 7; fGfiltered=imfiher(fG,w,7replicate; fIB_filtered=imfiher(fB,w,7replicat

19、e 7: 濾波濾除fcfilteredcat(3,fRfiltered,fGfiltered,fBfil tered;%合并各分量為RGB彩色圖像imshow(fcfiltered;axes(handles.axes3%在第3個坐標系中顯示彩 色圖像邊緣檢測結果EVG,A,PPG=colorgrad(I;%RGB圖像的邊 緣檢測imshow(PPG;Iimread(filenamesv;axes(handles.axes4imshow(I;%在第4個坐標系中顯示彩色圖像分 割后的結果%選擇感興趣的區(qū)域,其中mask是一幅二值圖像, 大小與f相同r13ask=roipoly(I;%其背景為0,交

20、互選擇區(qū)域為l;Rimmultiply(mask,I(:,:,1;G=immultiply(mask,I(:,:,2;Bimmuttiply(mask,I(;,:,3;11一cat(3,R,G,B;%下面計算ROI中的點的均值向量和協(xié)方差矩陣; M,N,K】;size(11;12=reshape(11,M*N,3;%將11中的彩色像素 重新排列為12的行idx=find(mask;%找出非黑色像素的行索弓12=double(12(idx,1:3;C,m|一covmatrix(12;ddiag(C:sd=sqrt(d;%sd的3個像素分別是ROI彩色像 素的紅、綠、藍分量的標準偏差E25一col

21、orseg(euclidean,11,40,m;imshow(E25,I I;其運行結果如圖6所示。 圖6界面運行結果 萬 方數(shù)據(jù)70 黑龍江工程學院學報(自然科學版 第22卷4結束語本文介紹了在MATI。AB環(huán)境下設計GUI界 面,詳細闡述了GUI結構和設計方法。主要內(nèi)容是 實現(xiàn)RGB空間對彩色圖像增強、邊緣檢測和彩色 分割等操作,并給出了相應各操作的回調(diào)函數(shù)的編 制.得到了較滿意的結果。參考文獻1岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理M.阮秋琦,譯.北京:電子工 業(yè)fl版社,2003:224225,2王卓.基于RGB i基色原理的手持式顏色檢測儀的設 計EJ,天津科技大學學報,2006,21(1.3-1李

22、一.淺析彩色圖像增強原理及算法J.信息技術,2006(4:3233.4華繼釗,郭振民,李志軍,等.基于彩色的圖像增強算法 口.微電子學與計算機,2004,21(7:6365.5Slawomir BogumiWesolkowski.Color Image Edge De tection and Segmentation:A Comparison of the Vector Angle and the Euclidean DistanceColor Similarity Meas uresD.Canada:Waterloo,Ontario,1999.6Peter Kovesi.Edges Are

23、Not J ust StepsJ.The 5th Asi an Conference on Computer Vision,2325January 2002,Melbourne,Australia7劉偉,劉光斌,吳紅.Matlab圖形用戶界面編程的幾 點思考J.實踐經(jīng)驗,2003(8:6062.責任編輯:郝麗英(上接第65頁4結 論本文以Labview軟件為平臺所開發(fā)的試驗檢 測數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng),可以較方便地對可電量化試 驗數(shù)據(jù)進行采集與檢測,也可以據(jù)此對機械式萬能 試驗機的拉伸實驗及其它相關實驗進行數(shù)字化改 造,從而實現(xiàn)微機對試驗數(shù)據(jù)采集與檢測。通過應 用此系統(tǒng),也可以提高傳統(tǒng)試驗機的分析功

24、能,擴大 其應用范圍,使其適應現(xiàn)代化測試的要求。參考文獻ixg炎.Imbview7.1測試技術與儀器應用M.北京:機 械工業(yè)出版社,2004. 2侯國平,王坤,葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器 設計M.北京:清華大學出版社,2005.3關旭,張春梅,王尚錦.虛擬儀器軟件Labview和數(shù)據(jù) 采集J.微機發(fā)展,2004,14(3:7779.4張如一,沈觀株,李朝弟.應變電測與傳感器M.北京:清華大學出版社,1998.Es潘信吉,何蘊增.材料力學實驗原理及方法M.哈爾 濱:哈爾濱工程大學出版社,1995.6秦樹人,湯寶平.智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)原理與實現(xiàn) M.北京:科學出版社,2004.7國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T2282002金屬材料 室溫拉伸試驗方法Es.北京:計量出版社,2002.責任編輯:劉文霞 萬 方數(shù)據(jù)基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設計 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 關叢榮， 王虹， GUAN Cong-rong，