基于MATLAB的数字图像处理毕业论文.docx

目录II摘要11 .前言22 .数字图像处理基本内容32.1 数字图像处理综述32.2 数字图像处理的过程及内容方法42.3 图像变换42.4 图像增强42.5 图像分割52.6 图像复原62.7 MAT1AB简介63 .利用MAT1AB图像处理分析及新方案73.1 计算结果73.2 计算结果分析114 .小结124.1 本文主要工作总结124.2 展望135 .致谢14参考文献16附录16湖北师范学院学土学位论文评审表基于MAT1AB的数字图像处理李灿辉(湖北师范学院物理与电子科学学院，湖北黄石435002)摘要:本文简述了数字图像处理的一些基本方法和技术。边缘检测是其中一个比较基础且重要的课题。介绍了边缘检测中5种常用的算子，然后在MAT1AB上加以实现，并对它们进行比较，最后提出了一个新的检测方法。关键词：MAT1AB数字图像处理图像增强边缘检测中图分类号:TP391.41DIGITA1IMAGEPROCESSINGBASEDONMAT1AB1iCanhui(Co11egeofPhysicsandE1ectronicScience,HubeiNorma1University,Huangshi435002,China)Abstract:Somebasicmethodsandtechno1ogiesofdigita1imageprocessingareintroducedinthispaper.Edgedetectionisoneofthecomparisonfoundationandimportanttopics.Fivekindofcommon1yusedoperatorsofedgedetectionareintroduced.Thenrea1izeonMAT1AB,andmakecomparisonbetweenthem.At1ast,anewdetectionmethodisputforward.Keywords:MAT1ABdigita1imageprocessingimageenhancementedgedetection基于MAT1AB的数字图像处理1 .刖百数字图像处理igi1a1ImageProcessing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。MAT1AB是MathWorks公司开发的一套高性能的用于数值计算和可视化图形处理的工程软件，它将数值分析、矩阵运算、图形图像处理、信号处理和仿真等集成于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。MAT1AB语言是一种简单、高效、功能极强的编程语言。MAT1AB的推出得到了各个领域专家学者的广泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础。由各个领域的专家学者相继推出了MAT1AB工具箱，它的工具箱主要有通信、控制系统、滤波器设计、图像处理、非线性控制设计、系统识别、神经网络、最优化、模糊逻辑、信号处理、鲁棒控制、统计等，而且工具箱还在不断的增加。借助于这些工具，各个层次的研究人员可直观、方便地进行分析、计算及设计工作，从而大大地节省了时间。为此，MAT1AB己经成为目前使用最为广泛的工程应用软件。本文主要论述数字图像处理的一些基本方法，并以灰度图像为例，说明图像增强和边缘检测等数字图像处理技术通过MAT1AB实现的方法。然后对新提出的方法进行验证，并对计算结果进行分析。2 .数字图像处理基本内容2.1 数字图像处理综述数字图像就是用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值为一整数，称为灰度值。图像处理技术的主要内容包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3个部分。一般来讲,对图像进行处理(或加工、分析)的主要目的有三个方面：(1)提高图像的视感质量,如进行图像的亮度、彩色变换,增强、抑制某些成分,对图像进行几何变换等，以改善图像的质量。(2)提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，这些被提取的特征或信息往往为计算机分析图像提供便利。提取特征或信息的过程是模式识别或计算机视觉的预处理。提取的特征可以包括很多方面,如频域特征、灰度或颜色特征、边界特征、区域特征、纹理特征、形状特征、拓扑特征和关系结构等。(3)图像数据的变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。不管是何种目的的图像处理，都需要由计算机和图像专用设备组成的图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出。数字图像处理主要有以下优缺点：主要缺点：(1)处理信息量很大。所以对计算机的的计算速度和存储容量有较高的要求;(2)占用频带较宽。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，成本高，对频带压缩技术提出了更高的要求；(3)每个像素不是独立的，相关性大；(4)无法复现三位景物的全部信息；(5)受人的影响较大。数字图像处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。主要优点：(1)再现性好；(2)处理精度高；(3)适用范围广。不仅可以用于可见光图像，也可用于不可见的波普图像；(4)灵活性高。2.2数字图像处理的过程及内容方法图像处理就是按特定的目标，用一系列的特定操作来对图像信息进行加工。数字图像处理是指利用数字计算机或者其他数字硬件，对从图像信息转换而得到的数字电信号进行某些数学运算或处理，以期提高图像的质量或达到人们所预期的结果。通常来说，数字图像处理的研究内容有：图像变换、图像增强、图像复原、图像分割、图像描述、图像压缩编码、图像识别。2.3图像变换在MAT1AB中，一般用二元函数f(x,y)作为图像的数学表示。f(x,y)表示在特定点(x,y)处的函数值，表示图像在该点相应的颜色强度或者灰度。所谓图像变换就是把图像转换为另一种数字表示方式的操作。在图像处理技术中，图像的正交变换技术有着广泛的应用，是图像处理的重要工具。通过变换图像，改变图像的表示域及表示数据，可以给后继工作带来极大的方便。例如，傅里叶变换可使处理分析在频域中进行，使运算简单；而离散余弦变换可使能量集中在少数数据上，从而实现数据压缩，便于图像传输和存储。2.4图像增强图像增强就是采用一系列技术去增强图像中用户感兴趣的信息，其目的主要有两个：一是改善图像的视觉效果，提高图像成分的清晰度；二是使图像变得史有利于计算机处理。在图像增强中，中值滤波和直方图均衡化都是强有力的图像增强方法图像增强的方法分为两大类：空域法和频域法。“空间域”一词是图像平面自身，这类方法是以对图像的像素直接处理为基础的；“频域”处理技术是以修改图像的傅里叶变换为基础的。以这两类方法的各种结合为基础的技术是不常见的。(1)空域增强技术：空域法是在原图像上直接进行数据运算，主要是对图像中的各个像素点进行操作。典型的空域处理图像方法是灰度直方图处理技术以及直方图均衡化处理技术。它的主要原理是对一幅图像的直方图，经过一定的变换，使其成为均匀或者基本均匀。但是由于灰度直方图实施近似概率密度函数。因此，当用离散的灰度等级做变换时，很难得到完全平坦均匀的结果。(2)频域增强技术：频域法是从另外一个角度来分析图像信号的特性。即首先将图像从空间域变换到频域，然后进行各种各样的处理，再将所得到的结果进行反变换，从而达到图像处理的目的。通常采用的变化方法有傅立叶变换、DCT变换、沃尔什-哈达玛变换、小波变换等。2.5图像分割图像分割可借助集合概念用如下比较正式的方法定义：令集合R代表整个图像区域，对R的分割可看做将R分成若干个满足以下5个条件的非空的子集(子区域)：(1)=R(分割所得全部子区域的总和(并集)应能包括图象中所有i=1象素或将图象中每个象素都划分进一个子区中)(2)对所有的i和j,有RinRj=0；(3)对i=1,2,3,N,有P(Ri)=TRUE；(4)对ij,有P(RiURj)=FA1SE;(5)对i=12,，N,Ri是连通区域。上面的定义，不仅说明了分割的含义，而且对分割也有指导作用。因为分割是根据一些分割准则进行的。条件(1)和条件说明正确的分割准则应适用于所有的区域和所有的象素,条件(3)和条件(4)说明合理的分割准则应能够帮助确定各区域象素有代表性的特性，条件(5)则说明完整的分割准则应该直接或间接地对区域内象素连通性有一定要求或限定。最后需要指出的是，在实际应用中图象分割不仅是要把一幅图象分成满足以上五个条件的各具特性的区域，而且需要把其中感兴趣的目标区域提取出来，只有这样才算是真正完成了图象分割的任务。图像分割技术包括并行边界技术、串行边界技术、并行区域技术和串行区域技术。其中并行边界技术中的边缘检测技术在图像处理技术中有很重要的位置。1 .6图像复原图像恢复就是要除去或减少在获得图像过程中因各种原因产生的退化。这类原因可能是光学系统的像差或离焦、摄像系统与被摄物之间的相对运动、电子或光学系统的噪声和介于摄像系统与被摄像物间的大气湍流等。图像复原常用两种方法。当不知道图像本身的性质时，可以建立退化源的数学模型，然后施行复原算法除去或减少退化源的影响。当有了关于图像本身的先验知识时，可以建立原始图像的模型，然后在观测到的退化图像中通过检测原始图像而复原图像。图像恢复技术可以有多种分类方法。在给定模型的条件下，图像恢复技术可分为无约束和有约束的两大类。根据是否需要外来干预，图像恢复技术有可分为自动和互交的两大类。另外根据处理所在域，图像恢复技术还可以分为频域和空域两大类。许多图像恢复技术借助频域处理的概念，但越来越多的空域处理技术得到应用。2 .7MAT1AB简介MAT1AB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MAT1AB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。MAT1AB的应用范围非常广，主要应用于通讯、工程计算、信号和图像处理、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析以及计算生物学等领域。MAT1AB的图像处理功能主要集中在他的图像处理工具箱中（ImageprocessingToo1box）o此工具箱是由一系列支持图像处理的函数组成。可以进行如几何操作、线性滤波和滤波器设计、图像的变换与增强、二值图像操作以及形态学处理等图像处理操作。MAT1AB数字图像处理工具箱函数包括以下15类：（1）图像显示函数；（2）图像文件输入、输出函数；（3）图像几何操作函数；（4）图像像素值及统计函数；（5）图像分析函数；（6）图像增强函数；（7）线性滤波函数；（8）二维线性滤波器设计函数；（9）图像变换函数；（10）图像邻域及块操作函数；（11）二值图像操作函数；（12）基于区域的图像处理函数；（13）颜色图操作函数；（14）颜色空间转换函数；(15)图像类型和类型转换函数。这些函数，涵盖了包括近期研究成果在内的几乎所有的图像处理方法。这些函数按其功能可分为：图像显示；图像文件I/O；几何操作；像素和统计处理；图像分析；图像增强；线性滤波；线性二元滤波设计；图像变换；邻域和块处理；二进制图像操作；区域