基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設(shè)計(jì)

1、第22卷第2期 2008年6月 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(shè)計(jì)關(guān)叢榮1,王 虹2(L黑龍江工程學(xué)院電子工程系,黑龍江哈爾濱150050;2.中國(guó)民航大學(xué)航空自動(dòng)化學(xué)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(jué)特性和認(rèn)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(shù),包括彩色圖像增強(qiáng)、彩色邊緣檢測(cè)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(duì)實(shí)際彩色

2、圖像進(jìn)行實(shí)驗(yàn),給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)程序。關(guān)鍵詞:RGB;彩色圖像處理;GUI;MATLAB中圈分類號(hào):TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(gè)強(qiáng)有力的描繪子,它常常可簡(jiǎn)化目 標(biāo)物的區(qū)分及從場(chǎng)景中抽取目標(biāo)的過(guò)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(jué)特性和認(rèn)知事物的規(guī)律,正受到 人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注f1。彩色圖像處理一般分2個(gè) 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(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)、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(guān)技術(shù),包括彩色圖像增強(qiáng)、彩色圖 像邊緣檢測(cè)及彩色分割等。在此基礎(chǔ)上,本文利用 MATI,AB數(shù)字圖像處理丁具箱,開(kāi)發(fā)了基于GUI (圖形用戶界面平臺(tái)的彩色圖像處理交互式圖形用 戶界面,同時(shí)給出彩色圖像處理GUI界面的程序編 制流程圖及相關(guān)同調(diào)函數(shù)、對(duì)象函數(shù)的程序設(shè)計(jì),并 對(duì)不同彩色圖像進(jìn)行了具體實(shí)驗(yàn)。收稿日期:20071113基

6、金項(xiàng)目:黑龍江省高校青年學(xué)術(shù)骨干支持計(jì)劃資助項(xiàng)目 (1151G039作者簡(jiǎn)介:關(guān)叢榮(1971,女,副教授,研究方向;視覺(jué)傳感. 1RGB彩色空間彩色空間是指某個(gè)三維彩色空間中的一個(gè)可見(jiàn) 光子集,它包含某個(gè)色彩域的所有色彩。RGB(紅 綠藍(lán)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(jī)、監(jiān)視器和數(shù)碼相機(jī) 等2f。RGB彩色空間中每種顏色出現(xiàn)在紅、綠、藍(lán)的 原色光譜分量中,它基于笛卡兒坐標(biāo)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(duì)角線從 原點(diǎn)的黑色到點(diǎn)(1,1,1的白色是灰度值。三基色 R、G、B相互獨(dú)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(shù)2.1彩色圖像增強(qiáng)彩色圖像增強(qiáng)包括圖像平滑和銳化兩方面。在 RGB空問(wèn)實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色圖像的平滑是通過(guò)對(duì)各個(gè)分 量利用灰度圖像平滑的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如,用鄰 萬(wàn) 方數(shù)據(jù)第2期 關(guān)叢榮,等:基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設(shè)計(jì) 67域平均值可以在每個(gè)彩色平面的基礎(chǔ)上進(jìn)行,其結(jié)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(gè)中心在(z,y的鄰域的坐標(biāo)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(xùn)吉. (5 式中:踟一uu一曠U-_l篡I 2+l籌I 2+ 等f(wàn) 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(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)合需要利用不同的彩色空 間r6。在RGB空間進(jìn)行的彩色圖像分割可減少空 間轉(zhuǎn)換帶來(lái)的非線性誤差。首先利用感興趣有代表 性的彩色點(diǎn)樣品集可得到一個(gè)彩色“平均”估計(jì),這 種平均彩色是希望分割的彩色,用RGB向量口來(lái)表 示。分割的目標(biāo)是對(duì)給定圖像巾每一個(gè)RGB像素 進(jìn)行分類,因?yàn)樵诖_定的范圍會(huì)有某種顏色或者沒(méi) 有這種顏色,分類是通過(guò)相似性度量。簡(jiǎn)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(wèn)中的任意一點(diǎn);注腳R、G、B表 示向量口和z的RGB分量;D(z,口D。的點(diǎn)的軌 跡是半徑為D。的實(shí)心球,球內(nèi)和表面的點(diǎn)符合特 點(diǎn)的彩色準(zhǔn)則,球外的點(diǎn)不符合準(zhǔn)則,對(duì)這兩類點(diǎn)集 編碼,產(chǎn)生二值分割圖像(D。為閥值。進(jìn)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(diǎn)的軌跡是一個(gè)實(shí)心的三維球體, 其最大特點(diǎn)是主軸在最大數(shù)據(jù)范圍的分向旋轉(zhuǎn)。因 為距離是正的和單調(diào)的,可以用距離的平方運(yùn)算來(lái) 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(gè)軸 取樣的標(biāo)準(zhǔn)差成比例,標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算

11、只使用一次樣 本彩色數(shù)據(jù)。給定一個(gè)任意的彩色點(diǎn),根據(jù)它是否 在盒子表面或內(nèi)部來(lái)進(jìn)行分割,計(jì)算比前兩種簡(jiǎn)單。 萬(wàn) 方數(shù)據(jù)68 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 第22卷3彩色圖像處理GUI設(shè)計(jì)GUI是包含圖形對(duì)象(如窗口、圖標(biāo)、菜單和文 本的用戶界面,以某種方式選擇或激活這些對(duì) 象7|。MATLAB是Mathwork公司于1982年推 出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件,是一種 交互式、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言,被廣泛地應(yīng)用在 科學(xué)運(yùn)算領(lǐng)域中。MATLAB的圖形用戶界面GUI 是指包含圖形對(duì)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(duì)象:一是用戶 界面控件對(duì)象(Uicont

12、r01;一是用戶界面菜單對(duì)象 (Uimenu,簡(jiǎn)稱為控件對(duì)象和菜單對(duì)象。本文基于 MATLAB設(shè)計(jì)一個(gè)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(cè)示意圖3.1總體設(shè)計(jì)彩色圖像處理圖形界面GUI包含4個(gè)axes對(duì) 象、1個(gè)彈出菜單、2個(gè)靜態(tài)文本框,內(nèi)容包括彩色圖 像處理的增強(qiáng)處理,直接對(duì)彩色圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè) 和彩色分割處理,運(yùn)行操作時(shí)存彈出菜單中選取感 興趣的圖片,第1個(gè)axes對(duì)象就顯示所選圖片,后3個(gè)界面會(huì)顯示相應(yīng)的處理結(jié)果,彩色圖像增強(qiáng)、邊緣 檢測(cè)、彩色分割的效果圖會(huì)顯示總體平滑效果,第6個(gè)axes對(duì)象中會(huì)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(shè)計(jì)在MATLAB命令窗口中輸入guide或其它方 式打開(kāi)MATLAB的GUIDE編輯器,進(jìn)入GUIDE 集成編輯環(huán)境。根據(jù)需要進(jìn)行界面設(shè)計(jì),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(yīng)的控件,看到其“屬性編輯框Property Inspec tor”,進(jìn)行控件屬性的修改,根據(jù)需要填好各控件的 相關(guān)屬性值。界面設(shè)計(jì)完成后,按工具欄中的Activate Figure按鈕即可運(yùn)行。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,用戶控 件(uicontr01設(shè)計(jì)尤其是其屬陛的設(shè)置以及相關(guān)函 數(shù)的調(diào)用是難點(diǎn),直接關(guān)系到界面沒(méi)計(jì)是否成功。 將所需控件從控件面板拖拽到G

14、UIDE的設(shè)計(jì)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(yīng)的菜單和現(xiàn)場(chǎng)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(guān)屬性值設(shè) 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(biāo)識(shí)。若需要,打開(kāi)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(duì)象的大小和位置。特殊對(duì)象的 某些屬性是唯一的。接著為每個(gè)回調(diào)函數(shù)添加代碼 以實(shí)現(xiàn)GUI程序的具體功能?？丶醮渭尤氪绑w 時(shí),其callback屬性被設(shè)為字符串7%automatic。 一般無(wú)需更改這個(gè)設(shè)置,而讓GUIDE在保存文件 或運(yùn)行窗體時(shí)自動(dòng)為回調(diào)函數(shù)生成一個(gè)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(duì)象屬性的滾動(dòng)列表,可以 通過(guò)選擇對(duì)象或點(diǎn)擊布局編輯器任務(wù)欄上的Property Inspector(屬性檢測(cè)器按鈕顯示出來(lái),如圖 5(b所示。圖4用戶界面的設(shè)計(jì)3.3回調(diào)函數(shù)的編制控件的功能是通過(guò)執(zhí)行其回調(diào)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 選中控件單擊鼠標(biāo)右鍵,在彈出的菜單中選擇View 萬(wàn) 方數(shù)據(jù)第2期 關(guān)叢榮,等:基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設(shè)計(jì)Callbacks,在其子菜單中再選擇Callback,可以進(jìn)人回調(diào)程序編輯器中(第

16、一次打開(kāi)Callback時(shí)需要將圖形界面文件存盤,以后再打開(kāi)時(shí),直接進(jìn)入回調(diào)程序編輯器中,在回調(diào)程序編輯器中編寫(xiě)各控件的代碼,可以使圖形界面完成約定的任務(wù)?；卣{(diào)函數(shù)分圖形回調(diào)函數(shù)和對(duì)象回調(diào)函數(shù)。編制圖形回調(diào)函數(shù)主要作用是對(duì)界面上鼠標(biāo)事件的處理,編制對(duì)象回調(diào)函數(shù)主要作用是分別對(duì)各控件的功能。(a圖5圖形對(duì)象的Property Inspector彩色圖像處理的界面設(shè)計(jì)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(gè)坐標(biāo)系中顯示;axes(handles.axes2;%在第2個(gè)坐標(biāo)系中顯示增強(qiáng)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(jié)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(qiáng)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(gè)坐標(biāo)系中顯示彩 色圖像邊緣檢測(cè)結(jié)果EVG,A,PPG=colorgrad(I;%RGB圖像的邊 緣檢測(cè)imshow(PPG;Iimread(filenamesv;axes(handles.axes4imshow(I;%在第4個(gè)坐標(biāo)系中顯示彩色圖像分 割后的結(jié)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?yàn)閘;Rimmultiply(mask,I(:,:,1;G=immultiply(mask,I(:,:,2;Bimmuttiply(mask,I(;,:,3;11一cat(3,R,G,B;%下面計(jì)算ROI中的點(diǎn)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(gè)像素分別是ROI彩色像 素的紅、綠、藍(lán)分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差E25一col

21、orseg(euclidean,11,40,m;imshow(E25,I I;其運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。 圖6界面運(yùn)行結(jié)果 萬(wàn) 方數(shù)據(jù)70 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 第22卷4結(jié)束語(yǔ)本文介紹了在MATI。AB環(huán)境下設(shè)計(jì)GUI界 面,詳細(xì)闡述了GUI結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容是 實(shí)現(xiàn)RGB空間對(duì)彩色圖像增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)和彩色 分割等操作,并給出了相應(yīng)各操作的回調(diào)函數(shù)的編 制.得到了較滿意的結(jié)果。參考文獻(xiàn)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(cè)儀的設(shè) 計(jì)EJ,天津科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006,21(1.3-1李

22、一.淺析彩色圖像增強(qiáng)原理及算法J.信息技術(shù),2006(4:3233.4華繼釗,郭振民,李志軍,等.基于彩色的圖像增強(qiáng)算法 口.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),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(diǎn)思考J.實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),2003(8:6062.責(zé)任編輯:郝麗英(上接第65頁(yè)4結(jié) 論本文以Labview軟件為平臺(tái)所開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)檢 測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng),可以較方便地對(duì)可電量化試 驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與檢測(cè),也可以據(jù)此對(duì)機(jī)械式萬(wàn)能 試驗(yàn)機(jī)的拉伸實(shí)驗(yàn)及其它相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化改 造,從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與檢測(cè)。通過(guò)應(yīng) 用此系統(tǒng),也可以提高傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的分析功

24、能,擴(kuò)大 其應(yīng)用范圍,使其適應(yīng)現(xiàn)代化測(cè)試的要求。參考文獻(xiàn)ixg炎.Imbview7.1測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用M.北京:機(jī) 械工業(yè)出版社,2004. 2侯國(guó)平,王坤,葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器 設(shè)計(jì)M.北京:清華大學(xué)出版社,2005.3關(guān)旭,張春梅,王尚錦.虛擬儀器軟件Labview和數(shù)據(jù) 采集J.微機(jī)發(fā)展,2004,14(3:7779.4張如一,沈觀株,李朝弟.應(yīng)變電測(cè)與傳感器M.北京:清華大學(xué)出版社,1998.Es潘信吉,何蘊(yùn)增.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理及方法M.哈爾 濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,1995.6秦樹(shù)人,湯寶平.智能控件化虛擬儀器系統(tǒng)原理與實(shí)現(xiàn) M.北京:科學(xué)出版社,2004.7國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T2282002金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法Es.北京:計(jì)量出版社,2002.責(zé)任編輯:劉文霞 萬(wàn) 方數(shù)據(jù)基于RGB空間的彩色圖像處理GUI設(shè)計(jì) 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 關(guān)叢榮， 王虹， GUAN Cong-rong，