圖像預處理流程

原始圖像輸入圖像預解決流程：原始圖像輸入圖像灰度化圖像灰度化圖像增強圖像增強圖像濾波圖像濾波圖像二值化圖像二值化圖像表盤定位圖像表盤定位圖2.2圖像預解決流程圖2.2系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法系統(tǒng)功能的實現(xiàn)重要依靠圖像解決技術，按照上面的流程一一實現(xiàn)，每一部分的具體環(huán)節(jié)如下：1原始圖像：由數(shù)碼相機或其它掃描裝置拍攝到的圖像；2預處理：對采集到的圖像進行灰度化、圖像增強，濾波、二值化等解決以克服圖像干擾；3字輪定位：用圖像剪切的方法獲取儀表字輪；4字符分割：運用字符輪廓凹凸檢測定位分割方法得到單個的字符；5字符辨認：運用模板匹配的方法與數(shù)據(jù)庫中的字符進行匹配從而確認出字符，得到最后的儀表達數(shù)。2.3.1MATLAB簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，重要涉及MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，重要應用于工程計算、控制設計、信號解決與通訊、圖像解決、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、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等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸取了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對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用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。2.3.2MATLAB的優(yōu)勢和特點1、MATLAB的優(yōu)勢(1)和諧的工作平臺和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文獻，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。涉及MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、途徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文獻的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件自身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡樸。并且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡樸的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必通過編譯就可以直接運營，并且可以及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行犯錯因素分析。(2)簡樸易用的程序語言MATLAB是一種高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序（M文獻）后再一起運營。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎上的，因此語法特性與C＋＋語言極為相似，并且更加簡樸，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。并且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB可以進一步到科學研究及工程計算各個領域的重要因素。(3)強大的科學計算機數(shù)據(jù)解決能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前通過了各種優(yōu)化和容錯解決。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++。在計算規(guī)定相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集涉及從最簡樸最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特性向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大體涉及矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的記錄分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。(4)杰出的圖形解決功能圖形解決功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖涉及二維和三維的可視化、圖象解決、動畫和表達式作圖。可用于科學計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形解決功能作了很大的改善和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和解決等）方面更加完善，并且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照解決、色度解決以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了杰出的解決能力。同時對一些特殊的可視化規(guī)定，例如圖形對話等，MATLAB也有相應的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的規(guī)定。此外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊規(guī)定的用戶也可以得到滿足。(5)應用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專門的領域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率記錄、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡、小波分析、信號解決、圖像解決、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設計、LMI控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。(6)實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLAB可以運用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于MATLAB運營的C和C++代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C++語言程序。此外，MATLAB網(wǎng)頁服務程序還允許在Web應用中使用自己的MATLAB數(shù)學和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應用而定制的，重要涉及信號解決、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應用。(7)應用軟件開發(fā)（涉及用戶界面）在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文獻和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和解決功能，涉及對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進行連接。2、MATLAB的特點(1)此高級語言可用于技術計算；(2)此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文獻和數(shù)據(jù)進行管理；(3)交互式工具可以按迭代的方式探查、設計及求解問題；(4)數(shù)學函數(shù)可用于線性代數(shù)、記錄、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等；(5)二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)；(6)各種工具可用于構建自定義的圖形用戶界面；(7)各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應用程序和語言（如C、C++、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel）集成。2.3.3MATLAB圖像解決MATLAB一開始時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。事實上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在解決數(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)，然而在計算機上對圖像進行數(shù)字解決的時候，一方面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M×N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的長處就是解決矩陣運算，因此用MATLAB解決數(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等圖像文獻格式的讀，寫和顯示。MATLAB對圖像的解決功能重要集中在它的圖像解決工具箱（ImageProcessingToolbox）中。圖像解決工具箱是由一系列支持圖像解決操作的函數(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)學解決等圖像解決操作。下面進行簡樸說明：(1)圖像的讀寫與顯示MATLAB中運用函數(shù)imread來實現(xiàn)圖像文獻的讀取操作。其重要格式有以下幾種類型：A=imread(filename.fmt)[X,map]=iimread（filename.fmt）[…]=imread(filename)[…]=imrad(URL,…)MATLAB中運用函數(shù)imwrite來實現(xiàn)圖像文獻的寫入操作，與imread函數(shù)的作用相對，其重要調(diào)用格式有以下幾種：imwrite(A,filename.fmt)iimwrite(X,map,filename.fmt)imwrite(…,filename)imwrite(…,Param1,Val1,Param2,Val2…)在MATLAB中用于顯示圖像的方式有兩種，一種是使用MATLAB圖像瀏覽器(ImageViewer)，通過調(diào)用imview函數(shù)來實現(xiàn)。另一種是使用MATLAB的通用圖形圖像視窗，通過調(diào)用imshow函數(shù)來實現(xiàn)。(2)圖像的代數(shù)操作代數(shù)運算是指對兩幅輸入圖像進行點對點的加、減、乘和除計算而得到輸出圖像的運算。對于相加和相乘的情形，也許不止有兩幅圖像參與運算。圖像相加的一個重要應用是對同一場景的多幅圖像求平均值。這點被經(jīng)常用來有效地減少加性（additive）隨機噪聲的影響(3)圖像的空間域變換操作簡樸的說，圖像的空間域變換操作就是為了達成某種視覺效果，變換輸入圖像的像素位置，通過把輸入圖像的像素為止映射到一個新的位置已達成改變原圖像顯示效果的母的。其實也就是變換圖像的坐標系統(tǒng)。圖像的空間域變換操作涉及以下幾個方面：圖像差值(Interpolation)圖像縮放(Resizing)圖像旋轉(zhuǎn)(Rotation)圖像剪切(Cropping)一般變換操作(Affine,Projective,Box,Custom,etc)(4)圖像變換在MATLAB圖像解決工具箱中，提供了幾種常用的圖像變換函數(shù)，它們是傅里葉變換(FourierTransform)、離散余弦變換(DiscreteCosineTransform)和Radon變換(RadonTransform)。(5)圖像增強圖像增強是一個相對的概念，增強效果的好壞，除與算法自身的優(yōu)劣有一定的關系外，還與圖像的數(shù)據(jù)特性有直接關系，因此增強方法只能有選擇地使用。圖像增強一般涉及點解決、空間域濾波、頻域濾波、彩色增強、代數(shù)運算等。(6)圖像分割圖像分割方法按其重要特性分為三組：第一組是有關圖像或圖像部分的全局知識（globalknowledge），這種知識一般有圖像特性的直方圖來表達.第二組是基于邊沿（edge-based）的分割，而第三組是基于區(qū)域（region-based）的分割完整的數(shù)字圖像解決過程可分為如下幾個方面：1、圖像信息的獲??；2、圖像信息的存儲；3、圖像信息的傳送；4、圖像信息解決；5、圖像信息的輸出和顯示。圖像信息解決就是我們平時所說的數(shù)字圖像解決(DigitalImageProcessing)，有時也稱之為計算機圖像解決(ComputerImageProcessing)。數(shù)字圖像解決概括的說重要涉及如下幾項內(nèi)容：幾何解決(GeometricalProcessing)；算數(shù)解決(ArithmeticProcessing)；圖像增強(ImageEnhancement)；圖像復原(ImageRestoration)；圖像重建(ImageReconstruction)；圖像編碼(ImageEncoding)；圖像辨認(ImageRecognition)；圖像理解(ImageUnderstanding)。幾何解決幾何解決重要涉及坐標變換，圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動，多個圖像配準，全景畸變校正，扭曲校正，周長、面