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基于malab的可視化圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)

圖像增強(qiáng)技術(shù)圖像處理方法是提取有用的信息。圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息,同時削弱或去除某些不需要的信息,提高圖像質(zhì)量。通過采取適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)處理方法,可以將原本模糊不清甚至根本無法分辨的原始圖片處理成清楚、明晰的富含大量有用信息的可使用圖像。圖像增強(qiáng)技術(shù)已經(jīng)廣泛用于醫(yī)學(xué)診斷、航空航天、軍事偵察、指紋識別、無損探傷、衛(wèi)星圖片的處理等領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域,圖像處理能力的高低直接關(guān)系到信息化軍隊(duì)建設(shè)的水平,具有特殊的戰(zhàn)略意義。1matlab的圖像處理功能從理論上講,圖像是一種二維的連續(xù)函數(shù),然而用計算機(jī)對圖像進(jìn)行處理時,首先必須對其進(jìn)行數(shù)字化。二維圖像被均勻采樣,可得到一組離散化的M*N個色度數(shù)字(M和N分別代表攝像設(shè)備所能掃描的行數(shù)和列數(shù))與M*N個像素相對應(yīng),因而用色度矩陣來描述數(shù)字圖像是最直觀最簡便的;MATLAB具有出色的矩陣處理能力和強(qiáng)大的數(shù)值計算功能,因而在圖像處理中得到廣泛應(yīng)用。MATLAB的圖像處理功能主要集中在圖像處理工具箱(ImageProcessingToolbox)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(jìn)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(qiáng)、二值圖像操作以及形態(tài)學(xué)處理等圖像處理操作。開發(fā)的基于MATLAB的圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)利用了該工具箱中的這些復(fù)雜函數(shù),進(jìn)行算法融合,能夠滿足防空武器系統(tǒng)環(huán)境下對圖像增強(qiáng)處理的特殊需要。2圖像放大處理系統(tǒng)2.1進(jìn)行組合圖像增強(qiáng)算法本文所述的圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了圖像增強(qiáng)的主要功能,不僅可以進(jìn)行諸如灰度變換、直方圖均衡化和規(guī)定化、各類平滑和銳化濾波等經(jīng)典圖像增強(qiáng)算法,而且還可以進(jìn)行基于防空武器系統(tǒng)的圖像增強(qiáng)算法。圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示,圖2是該系統(tǒng)的主界面。2.2圖像增強(qiáng)算法在設(shè)計圖像增強(qiáng)處理功能模塊時,主要考慮了經(jīng)典圖像增強(qiáng)算法和針對防空武器系統(tǒng)的圖像增強(qiáng)算法。經(jīng)典圖像增強(qiáng)算法具有通用性,可以完成各類圖像的增強(qiáng)處理,設(shè)置3個模塊:頻域?yàn)V波增強(qiáng)、空域變換增強(qiáng)、空域?yàn)V波增強(qiáng)。2.2.1經(jīng)典圖像的增強(qiáng)模塊1圖像頻率對平滑和資本特性的影響該模塊可以在頻域進(jìn)行低通濾波和高通濾波。由于圖像的能量大部分集中在低頻和中頻部分,而圖像的邊緣和噪聲對應(yīng)于高頻部分,因此通過對圖像不同頻率的處理可以實(shí)現(xiàn)平滑和銳化的增強(qiáng)處理效果。2灰度變換和直方圖改善圖像該模塊可進(jìn)行灰度線性和非線性變換、直方圖均衡化和規(guī)定化處理。通過灰度變換和直方圖修正可以很好的改善圖像的對比度。設(shè)計中,對于灰度線性和非線性變換通過交互的方式,可分別設(shè)置分段點(diǎn)以及Gamma值,針對不同的圖像實(shí)現(xiàn)更有效的增強(qiáng)效果。3基于滑動濾波算子的編碼該模塊可進(jìn)行平滑濾波(包括均值濾波、中值濾波、高斯濾波、維納濾波)和銳化濾波(包括Laplacian算子、Unsharp算子、Sobel算子、Prewitt算子、Log算子、Robert算子)。對于平滑濾波來說,能夠很好的抑制噪聲,運(yùn)算簡單,易于實(shí)現(xiàn),但有時會失掉圖像中的細(xì)線和小塊的目標(biāo)區(qū)域。對于銳化濾波來說,通過各種模板算子的卷積運(yùn)算實(shí)現(xiàn)突出圖像邊緣信息。2.2.2圖像的unsharp算子圖像處理的過程是一個將多種算法綜合運(yùn)用的過程,任何單獨(dú)算法都不是完美的,多種算法的結(jié)合才能夠相互取長補(bǔ)短從而彌補(bǔ)不足,達(dá)到更好的處理效果。本軟件的開發(fā)基于這一思路,將各個普通的圖像處理功能集成到軟件后臺,并對其進(jìn)行了區(qū)間優(yōu)化和連接融合,部分原函數(shù)被適當(dāng)改寫,使其能夠用于極端惡劣條件下目標(biāo)的清晰顯現(xiàn)和準(zhǔn)確定位。圖3(a)所示為一幅防空武器系統(tǒng)攝入圖像,該圖像目標(biāo)和背景對比度不明顯且邊緣模糊,基于這一特征,首先,對該圖像進(jìn)行銳化處理以突出目標(biāo)邊緣,采用Unsharp算子對圖像進(jìn)行處理,處理之后的效果如圖3(b)所示;其次,由于整體圖像偏暗,使用灰度非線性變換的Gamma校正對圖像進(jìn)行灰度調(diào)整,Gamma值取0.線性變換的Gamma校正對圖像進(jìn)行灰度調(diào)整,Gamma值取0.6,處理之后的效果如圖3(c)所示;最后為了進(jìn)一步突出目標(biāo),使用分段線性變換對圖像進(jìn)行灰度拉伸,分段點(diǎn)設(shè)置為(30,80)(160,220),處理之后的效果如圖3(d)所示。經(jīng)過這一系列的增強(qiáng)處理,可以看出圖像質(zhì)量得到明顯的改善,達(dá)到了增強(qiáng)的目的,可為防空武器系統(tǒng)后續(xù)的識別和追蹤提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。2.3空間軍事系統(tǒng)的圖像放大處理功能模塊的設(shè)計2.3.1系統(tǒng)目標(biāo)識別難防空武器系統(tǒng)環(huán)境下的圖像由于其攝取條件苛刻、成像環(huán)境惡劣、傳輸過程干擾眾多等客觀不利因素的影響,存在背景噪聲強(qiáng)烈,目標(biāo)和背景對比度低,目標(biāo)邊緣模糊等特點(diǎn),這些特點(diǎn)造成了系統(tǒng)對目標(biāo)識別的困難,從而進(jìn)一步影響了對目標(biāo)實(shí)施打擊的精度。2.3.2圖像增強(qiáng)的實(shí)時性和實(shí)時性要求為經(jīng)典圖像增強(qiáng)處理功能模塊雖然也可以對防空武器系統(tǒng)攝取圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理,但其算法是原始算法的集成,具有分散性,且圖像處理的效果與操作人員的知識與經(jīng)驗(yàn)密不可分,最重要的是由于對圖像的處理難以一步到位,所以,難于滿足防空武器系統(tǒng)環(huán)境下的圖像增強(qiáng)處理的實(shí)時性要求。為此,本模塊設(shè)計了兩種圖像增強(qiáng)處理專用解決辦法,以簡化復(fù)雜的圖像處理過程,提高防空武器系統(tǒng)環(huán)境下圖像增強(qiáng)處理的實(shí)用性。1改進(jìn)的維納濾波直方圖規(guī)定化是針對直方圖均衡化不能控制變換后的直方圖而且不具備交互作用的特性,將直方圖變換成為某個特定的形狀,如指數(shù)、對數(shù)、雙曲等,有選擇地增強(qiáng)某個灰度值范圍的對比度,從而使得直方圖修正更具靈活性。而維納濾波是一種自適應(yīng)濾波技術(shù),該技術(shù)根據(jù)圖像的局部方差來調(diào)整濾波器的輸出,當(dāng)局部方差大時,濾波器的平滑效果較小;當(dāng)局部方差小時,濾波器平滑效果強(qiáng)。維納濾波具有很好的選擇性,可以更好地保存圖像的邊緣和高頻細(xì)節(jié)信息,而且使用起來非常方便。將這兩種算法的結(jié)合起來對防空武器系統(tǒng)環(huán)境下的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理,可明顯提高圖像對比度,減小干擾、增強(qiáng)目標(biāo)邊緣,從算法的角度看,該方法對目標(biāo)特征的提取更為有利。在MATLAB后臺程序中,通過使用Global全局變量在直方圖規(guī)定化處理函數(shù)histeq()和維納濾波處理函數(shù)wiener2()之間傳遞圖像矩陣,各處理函數(shù)的參數(shù)采用交互的方式,使用戶可以根據(jù)圖像特點(diǎn)進(jìn)行靈活設(shè)置。該算法的增強(qiáng)效果如圖4所示。2圖像特征函數(shù)的選取銳化算子是利用模板的卷積運(yùn)算突出圖像邊緣。Gamma校正指的是MATLAB中imadjust()函數(shù)的Gamma因子,Gamma因子的取值決定了輸入圖像到輸出圖像的灰度映射方式,即決定了增強(qiáng)低灰度還是增強(qiáng)高灰度。在MATLAB后臺程序中,針對銳化算子只能檢測目標(biāo)邊緣卻破壞了圖像背景的特點(diǎn),對銳化算子的處理函數(shù)進(jìn)行了改寫,通過圖像矩陣相加運(yùn)算達(dá)到既不破壞圖像背景,又可增強(qiáng)邊緣的目的,對Gamma因子同樣采取交互的方式,使用戶能夠根據(jù)圖像的特征設(shè)置不同的值改善圖像對比度,突出目標(biāo)。該算法對于精確定位意義重大,其增強(qiáng)效果如圖5所示。2.4基于matlab的可視化深刻性圖像增強(qiáng)技術(shù)現(xiàn)有的一些圖像處理系統(tǒng)大都功能少,交互性差,缺乏對原始圖像進(jìn)行深層剖析的完整功能,限制了其在高精度、高可靠性要求尤為突出的軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。本文所述的圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)有以下特點(diǎn):1)該軟件是利用MATLAB7.01環(huán)境下的可視化GUI圖形用戶界面開發(fā)完成的,充分利用了MATLAB的最新圖像處理工具包和GUI編程的特點(diǎn),界面簡單流暢,易于使用者掌握;2)本系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了經(jīng)典圖像增強(qiáng)功能,而且提供了兩種針對防空武器系統(tǒng)環(huán)境下的圖像增強(qiáng)算法。這兩種增強(qiáng)算法在主界面的下拉菜單中均可以直接點(diǎn)擊調(diào)用,后臺程序是在現(xiàn)有MATLAB圖像處理函數(shù)的基礎(chǔ)上采用合理鏈接、分化組合、區(qū)間鎖定、原函數(shù)改寫等特殊處理后編寫而成,融入了對圖像處理與增強(qiáng)的獨(dú)到見解;3)系統(tǒng)設(shè)置了保存功能,可以將經(jīng)過增強(qiáng)處理后的圖像數(shù)據(jù)保存為BMP、PNG、JPG、TIF等多種格式的圖像文件,為進(jìn)行目標(biāo)特征識別、參數(shù)提取和其他后續(xù)處理準(zhǔn)備了資源。3發(fā)展智能化該圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)具有操作簡單、算法豐富、功能較全等優(yōu)點(diǎn),不僅可以實(shí)現(xiàn)各種圖像的增強(qiáng)處理,而且使用現(xiàn)有算法對防空武器系統(tǒng)在惡劣條件下攝取的圖像亦能進(jìn)行有效增強(qiáng),使圖像的質(zhì)量達(dá)到防空武器系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn),真正可以用來進(jìn)行軍事決

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