圖像濾波軟件的GUI設計

目錄TOC\o"1-3"\h\u16400第一章設計環(huán)境及任務 1224581.1設計環(huán)境 1139311.2設計任務 114907第二章設計過程 2236382.1界面設計 214892.2各控件程序設計及功能實現(xiàn) 3206482.2.1原圖讀取 3302712.2.2退出 380182.3加噪 446092.3.1高斯噪聲 4322392.3.2椒鹽噪聲 513222.3.3乘性噪聲 624582.4濾波 6318312.4.1高通濾波器 6308862.4.2低通濾波 718450第三章結果及問題分析 91779第四章總結 105201參考文獻 11第一章設計環(huán)境及任務1.1設計環(huán)境MATLAB是當前適用比擬廣泛的數(shù)學軟件，在MATLAB中GUI[1]是一個包含多種對象的圖形窗口，并為GUI開發(fā)提供一個方便高效的集成開發(fā)環(huán)境GUIDE。GUIDE主要是一個界面設計工具集，MATLAB將所有GUI支持的控件都集成在這個環(huán)境中，并提供界面外觀、屬性和行為響應方式的設置方法。GUIDE將設計好的GUI保存在一個FIG文件中，同時還生成M文件框架。其中FIG文件包括GUI圖形窗口及其所有FIG文件包含序列化的圖形窗口對象；M文件包括GUI設計、控制函數(shù)以及定義為子函數(shù)的用戶控件回調函數(shù)。GUI創(chuàng)立包括界面設計和控件編程兩局部，主要步驟如下：通過設置GUIDE應用程序的選項來運行GUIDE；使用界面設計編輯器進行界面設計；編寫控件行為響應控制〔即回調函數(shù)〕代碼。在MATLAB中，GUIDE提供多個模板來定制GUI。這些模板均已包括相關的回調函數(shù)，可以通過修改相應的M文件函數(shù)實現(xiàn)指定功能。1.2設計任務這次課程設計涉及到MATLAB中GUIDE工具的使用，通過創(chuàng)立菜單型界面，來實現(xiàn)圖像的處理。該設計打算通過編寫不同的按鈕代碼，實現(xiàn)讀取原圖像然后對圖像進行處理到達比照的效果，圖像處理包括不同參數(shù)加噪〔高斯噪聲、椒鹽噪聲、乘性噪聲〕以及濾波〔高通濾波、低通濾波〕等。第二章設計過程2.1界面設計在命令窗口中直接輸入guide命令，彈出如圖1所示的窗口，在彈出的guidequickstart窗口中，在CreateNewGUI選項卡中選擇BlankGUI〔default〕，并點擊確定按鈕，進入圖形用戶界面來設計系統(tǒng)靜態(tài)界面，圖2就是Guide提供的圖形界面設計工具集【3】，在此界面下就可以利用控件組件、文本菜單、排列工具等對系統(tǒng)的界面進行設計。圖1圖2各控件的放置如圖3所示，并通過屬性檢查器等對各控件進行相應的設置。因為需要對讀入圖像分別加高斯噪聲，椒鹽噪聲，乘性噪聲后進行高通濾波或者低通濾波，所以可以建立三個類似的界面以便后面的回調函數(shù)關系見處理，然后通過對PushButton的回調函數(shù)使它們三個間建立關系。圖32.2各控件程序設計及功能實現(xiàn)2.2.1原圖讀取為了讀入原圖時操作方便，所以在設計的時候，通過對話框的形式來選擇文件，選擇uigetfile函數(shù)來實現(xiàn)，uigetfile函數(shù)顯示一個翻開文件對話框，該對話框自動列出當前路徑下的目錄和文件，然后可以根據(jù)自己需求選擇不同圖片。為了實現(xiàn)讀入圖片功能需要在設計界面中右擊“讀入原圖〞按鈕，選擇“callback〞跳轉到回調函數(shù)的編寫。在Matlab中，創(chuàng)立文件翻開對話框的函數(shù)是uigetfile。其主要代碼如下：[fname,panme,index]=uigetfile({'*'},'選擇圖片');globala;ifindexstr=[panmefname];a=imread(str);set(handles.axes1,'HandleVisibility','ON');axes(handles.axes1);imshow(a);為了兩個坐標都能讀入原圖，并且第一個坐標讀入圖像后不再發(fā)生變化，需要加如下代碼：set(handles.axes1,'HandleVisibility','OFF');axes(handles.axes2);imshow(a);End2.2.2退出當我們操作結束時需要退出當前界面退出，要實現(xiàn)此功能程序比擬簡單，如下所示；clc;closeall;close(gcf);Clear；2.3加噪2.3.1高斯噪聲高斯噪聲，顧名思義就是噪聲服從高斯分布，即某個強度的噪聲點個數(shù)最多，離這個強度越遠噪聲點個數(shù)越少，且這個規(guī)律服從高斯分布。高斯分布也稱正態(tài)分布，又稱常態(tài)分布，記為N〔μ，σ^2〕，其中μ，σ^2為分布的參數(shù)，分別為高斯分布的期望和方差。當有確定值時，p(x)也就確定了，特別當μ=0，σ^2=1時，X的分布為標準正態(tài)分布。在MATLAB中，用函數(shù)imnoice〔〕實現(xiàn)對圖像的參加噪聲操作，產生高斯噪聲的函數(shù)是“gaussian〞,調用的格式為J=imnoise(I,'gaussian',p1,p2);其中p1為高斯噪聲的均值，p2為方差。由于影響高斯噪聲的主要參數(shù)有均值和方差為了方便對參數(shù)的改變，所以這里設計一個輸入對話框，可以通過對話框來設置這兩個參數(shù)，如下一組命令建立了圖4所示的輸入對話框：prompt={'參數(shù)1:','參數(shù)2:'};defans={'0','0.02'};p=inputdlg(prompt,'輸入?yún)?shù)',1,defans);p1=str2num(p{1});p2=str2num(p{2});圖4為了實現(xiàn)加噪是對第二個坐標圖像處理，需要參加代碼axes(handles.axes2)；通過對高斯噪聲均值和方差的設置就可以得到加噪后的圖像。原圖參加高斯噪聲后效果如圖圖5所示：圖52.3.2椒鹽噪聲椒鹽噪聲類似把椒鹽撒在圖像上，因此得名，是一種在圖像上出現(xiàn)很多白點或黑點的噪聲，如電視里的雪花噪聲等。椒鹽噪聲是指兩種噪聲，一種是鹽噪聲〔saltnoise〕，另一種是胡椒噪聲〔peppernoise〕。鹽=白色，椒=黑色。前者是高灰度噪聲，后者屬于低灰度噪聲。一般兩種噪聲同時出現(xiàn)，呈現(xiàn)在圖像上就是黑白雜點，椒鹽噪聲往往是由圖像切割引起的。椒鹽噪聲的產生函數(shù)是“salt&pepper〞,調用格式為f=imnoise(a,’salt&pepper’,p1)，影響椒鹽噪聲的參數(shù)有一個，所以也需要參加參數(shù)輸入對話框代碼以便參數(shù)調整。參加參數(shù)為0.1的椒鹽噪聲的效果圖如圖6所示：圖62.3.3乘性噪聲乘性噪聲時信道特性隨機變化引起的噪聲，它主要表現(xiàn)在無線電通信傳輸信道中，例如，電離層和對流層的隨機變化引起信號不反響任何消息含義的隨機變化，而構成對信號的干擾。這類噪聲只有在信號出現(xiàn)在上述信道中才表現(xiàn)出來，它不會主動對信號形成干擾，因此稱之為乘性噪聲。乘性噪聲的產生函數(shù)是“speckle〞,調用格式為f=imnoise(a,’speckle’,p1)，p1的參數(shù)〔方差〕也可以通過對話框得到。參加參數(shù)為0.02的乘性噪聲效果圖如圖7所示：圖72.4濾波2.4.1高通濾波器高通濾波器讓高頻分量暢通無阻，而對低頻分量那么充分限制。去掉信號中不必要的低頻成分，去掉低頻干擾的濾波器。高通濾波器是指車載功放中能夠讓中、高頻信號通過而不讓低頻信號通過的電路，其作用是濾去音頻信號中的低音成分，增強中音和高音成分以驅動揚聲器的中音和高音單元。巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶的頻率響應曲線最平滑。巴特沃斯濾波器的特性巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶內的頻率響應曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶那么逐漸下降為零。在振幅的對數(shù)對角頻率的波得圖上,從某一邊界角頻率開始,振幅隨著角頻率的增加而逐步減少,趨向負無窮大。利用巴特沃斯〔Butterworth〕低通濾波器對受噪聲干擾的圖像進行平滑處理。二維理想高通濾波器的傳遞函數(shù)為：D0是從頻率矩形中點測得的截止頻率長度，它將以D0為半徑的圓周內的所有頻率置零，而毫不衰減地通過圓周外的任何頻率。但其物理上是不可實現(xiàn)的。巴特沃斯高通濾波器的傳遞函數(shù)為：式中D0為截止頻率距遠點距離。與低通濾波器的情況一樣，可認為巴特沃斯高通型濾波器比IHPF更平滑。設計中為二階巴特沃斯高通濾波器，所以代碼nn=2;選取截止頻率為25即d0=25;為了實現(xiàn)圖像先加噪需要參加代碼v=imnoise(a,'speckle');h=rgb2gray(v);設計效果如圖圖8所示：圖82.4.2低通濾波低通濾波器就是利用電容通高頻阻低頻，電感通低頻阻高頻，對于需要截止的高頻，利用電容吸收電感、阻礙的方法不使它通過，對于需要的低頻，利用電容高祖、電感低阻的特點使它通過。巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為：設計中為二階巴特沃斯低通濾波器，所以代碼nn=2;選取截止頻率為50；設計效果圖如圖9所示：圖9第三章結果及問題分析本次課設通過運用MATLABGUI設計，根本能夠實現(xiàn)對圖像的加噪后濾波處理，課設中的要求也能夠較好實現(xiàn)，但是代碼如果進一步改良完善會更加完美。雖然本學期數(shù)字圖像處理課程實驗局部我們使用過MATLAB，但是GUI設計局部卻很少接觸，所以本次課設遇到頗多的問題。比方在加噪設置參數(shù)時雖然代碼中參加了參數(shù)對話框，但是通過對不同參數(shù)輸入發(fā)現(xiàn)加噪后圖像并沒有多大變化，最后經過對這段代碼仔細檢查發(fā)現(xiàn)原來顯示圖像函數(shù)imshow()放在了參數(shù)輸入代碼前，導致最后顯示出來的加噪圖像為參數(shù)為代碼中設置的默認值的加噪，在將顯示圖像函數(shù)調到參數(shù)設置后此功能終于得到實現(xiàn)。在對圖像濾波時起初不能確定是對其加噪后在進行的濾波處理，通過慢慢研究在濾波代碼前參加了加噪函數(shù)，這樣就可以實現(xiàn)是對其加噪后在濾波。最多的問題就是設計中對代碼的理解和變量關系在運行時總是出錯，但是通過慢慢檢查改良，最終使代碼功能得以實現(xiàn)。在對加噪后圖像高通濾波后因為濾除了噪聲之外還濾除了圖像原來比擬多的低頻信息，所以結果比擬模糊，多為模糊的輪廓圖。對加噪后圖像低通濾波時濾除噪聲以外濾除了圖像中比擬少的高頻成分，所以圖像變化相比高通不是太大，能夠識別出。第四章總結通過本次課程設計，使自己對MATLABGUI設計流程有了比擬深刻的體會，同時也了解了一般軟件設計的過程。由最初安裝MATLAB遇到的問題到代碼問題最終到完全能夠實現(xiàn)到圖像的濾波可以說是困難重重，但是經過慢慢的看書理解和同學以及老師的幫助最終還是順利完成綜合設計。在設計過程中碰到了很多的問題，通過這些問題，使自己分析問題，解決問題的能力得到了較大的提高，同時我也認識到平時不是我們學不會，而是根本沒有花時間去學，只要踏踏實實的學習過，最終所有的問題都不是問題。雖然這次綜合設計比擬簡單，但是，它為我的畢業(yè)設計提供了很好的根底，對于MATLAB中根本的代碼也有了了解認識，在后面的時間里我會通過資料認真學習MALAB在圖形處理方面的問題，為我的畢設做好準備。參考文獻[1]羅華飛.MATLABGUI設計學習手記，北京航空航天大學出版社，2023.8:224—265[2]趙小川.MATLAB數(shù)字圖像處理實戰(zhàn)，機械工業(yè)出版社，2023.6:20—42[3]楊杰.數(shù)字圖像處理及MATLAB實現(xiàn),電子工業(yè)出版社，2023:155—212[4]姚敏.數(shù)字圖象處理:機械工業(yè)出版，2023:98—123[5]施曉紅.MATLAB精通GUI圖形界面編程，北京大學出版社，2003:122—156[6](美)岡薩雷斯等.數(shù)字圖像處理(第二版,英文版).電子工業(yè)出版社,2003:50—64[7]賀興華等.MATLAB7.x圖像處理人民郵電出版社,2006：112—154[8]羅軍輝等.MATLAB7.0在圖像處理中的應用.機械工業(yè)出版社,2005：64—98[9]樓順天等.MATLAB程序設計語言.西安電子科技大學出版社，2000:86—120[10]鄭阿奇，曹戈，趙陽.MATLAB實用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社2000:23—44附錄〔主要程序〕：%讀入原圖片[fname,panme,index]=uigetfile({'*'},'選擇圖片');globala;ifindexstr=[panmefname];a=imread(str);set(handles.axes1,'HandleVisibility','ON');axes(handles.axes1);imshow(a);set(handles.axes1,'HandleVisibility','OFF');axes(handles.axes2);imshow(a);end%高斯噪聲globala;prompt={'參數(shù)1:','參數(shù)2:'};defans={'0','0.02'};p=inputdlg(prompt,'輸入?yún)?shù)',1,defans);p1=str2num(p{1});p2=str2num(p{2});f=imnoise(a,'gaussian',p1,p2);imshow(f);axes(handles.axes2);%椒鹽噪聲globala;prompt=('輸入?yún)?shù):');defans={'0'};p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);%創(chuàng)立數(shù)據(jù)輸入窗口p1=str2num(p{1});f=imnoise(a,'salt&pepper',p1);axes(handles.axes1);imshow(f);axes(handles.axes2);%乘性噪聲globala;prompt=('輸入?yún)?shù):');defans={'0.02'};p=inputdlg(prompt,'input',1,defans);%創(chuàng)立數(shù)據(jù)輸入窗口p1=str2num(p{1});f=imnoise(a,'speckle',p1);imshow(f);axes(handles.axes2);%高通濾波globala;t=imnoise(a,'gaussian');h=rg