1、 本科毕业设计 (论文 ) 论文题目 基于 MATLAB 的图像处理与分析 (英文 ) Image Processing and Analysis Based on MATLAB 所在学院 电子信息学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 随着科学技术的迅猛发展，对 图像处理系统的控制精度、响应速度、功能和适应能力的要求越来越高，对于大多数复杂的处理对象，采用传统的处理方法往往难以收到满意的处理效果。通过计算机来处理这些图片会更加方便快捷。 本文基于 MATLAB 语言，对图像处理系统作了一些分析和研究。 主要介绍了图像处理的基本概念，发
2、展概况，应用特点；研究了图像处理系统的基本结构以及原理；图像处理人机交换界面的设计方法；具体讨论了图像处理系统在现代社会中的应用，对图像读取保存、图像的噪声加入、图像的去噪、图像的选取、图 像的放大缩小的设计做了详细的说明，并且通过 MATLAB 进行仿真设计，仿真结果表明通过 MATLAB 图像处理的实用性与可行性 。 关键词 ： MATLAB；图像处理功能；人机交换界面； Abstract Along with the rapid development of scientific technology, it needs higher image processing control p
3、recision of the system, higher response speed, more function and the ability to adjust the demand.For most complex processing object, the use of the traditional processing method is often difficult to receive satisfactory result. It will be more convenient and quick to use computer to handle these i
4、mages In this paper, we do some analysis and research for image processing system based on the MATLAB language.We mainly introduce the basic concept , the development, application characteristics of image processing. We do some research on image processing system of basic structure and principle, im
5、age processing the man-machine interface design method of exchange. And we discuss on image processing system in the modern society. We design the image processing system to realize the functions : read and preserve the image, join noise to image and denoise, select image, zoom in or reduce the imag
6、e,and so on. Finally we simulate the functions through MATLAB, and the simulation results show that the image processing through MATLAB practical and feasible. Key Words: MATLAB;Image processing function; GUI; 目录 1 前言 .错误 !未定义书签。 1.1 课题研究的目的及意义 . 1 1.2 本文的主要内容 . 1 2 MATLAB 和图像处理的简介 . 2 2.1 数字图像的原理 .
7、错误 !未定义书签。 2.2 数字图像处理的概论 . 4 2.3 数字图像处理文件格式 . 7 3 图像读取保存及其变换 .错误 !未定义书签。 3.1 图像的读取与表示 . 10 3.2 图像的变换 . 14 3.3 小结 . 18 4 图像增强 . 19 4.1 对比度增强 . 19 4.2 图像的锐化处理 . 21 4.3 图像退化与噪声 . 23 4.4 图像滤波 . 26 4.5 小结 . 27 5 图像其它处理 .错误 !未定义书签。 5.1 图像灰度调节 . 29 5.2 图像旋转 . 30 5.3 图像的膨胀 . 30 5.4 图像的腐蚀 . 31 5.5 底片效果 . 32
8、5.6 小结 . 33 6 MATLAB 图像处理界面设计 . 34 6.1 MATLAB GUI 介绍 . 34 6.2 图像处理系统 . 34 6.3 小结 . 39 7 结论 .错误 !未定义书签。 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 .错误 !未定义书签。 附录 1 .错误 !未定义书签。 附录 2 .错误 !未定义书签。 1 前言 1.1 课题研究的目的及意义 图像处理（ image processing） 1，用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术，又称影像处理。 图像处理一般指数字图 像处理 。数字图像是指用数字摄像机、扫描仪等设备经过采样和数字化得到的一个大的二维数
9、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。常见的处理有图像数字化、图像编码、图像增强、图像复原、图像分割和图像分析等。图像处理一般指数字图像处理。 MATLAB 是美国 Mathwords 公司推出的集成计算和开发环境，不仅具备完善的矩阵和科学计算功能，而且能胜任众多专业领域的仿真和设计任务，甚至能自动生成直接与硬件关联的代码，其便利程度和强 大的功能受到广大科研和工程技术人员的青睐，在系统仿真、数字信号处理、自动控制等领域都有着广泛的应用。 MATLAB 软件自从 20 世纪 80 年代中期推出以来，不断
10、吸收各科学领域权威人士所编写的使用程序。它经过多年的逐步发展与不断完善，现在已经成为国际公认的、最优秀的科学计算与数学应用软件之一，是近几年来在国内外广泛流行的一种可视化科学计算软件。 因为其他语言实现图像程序设计比较繁琐，也因为 MATLAB 具有很多的优点，所以选择了 MATLAB 作为实现的工具。从本质上来说，图像就是函数、矩阵或者程序设计中的数组。而 MATLAB 具有强大而方便的数组操作功能，同时又提供了丰富的图像处理函数。利用 MATLAB 来实现数字图像处理是数字图像处理更加方便与简单。 因此，本文主要研究基于 MATLAB 的图像处理方法并进行分析。 1.2 本文的主要内容 本
11、文主要做了以下工作： 了解 MATLAB图像处理一些功能的程序： 图像的变换 ， 包括图像的傅里叶变换，离散余弦变换等。并且实现了图像的对比度增强，图像的锐化处理，等 。 通过最近邻插值和双线性插值等算法将图像放大或缩小操作。能对图像加入各种噪声，并通过几种滤波算法实现去噪，显示结果。并且 加入其他的功能是图片处理系统更加实用。同时本文还介绍了图像的其他处理，如图像的旋转，图像的底片效果，图像的膨胀，图像的腐蚀等。 最后本文通过设计图形用户界面 (MATLAB GUI)，让用户能够对图像进行任意的调整。设计图形用户界面，让用户能够用鼠标选取图像感兴趣区域，并能显示保存该区域 ,通过点击和选择按
12、钮实现可视化的图像处理操作。 2 MATLAB 和图像处理的简介 2.1 数字图像的原理 一副图像可以定义为一个二维函数 f（ x， y） 2，其中 x 与 y 是空间的坐标，而在 f任意的一对坐标中（ x， y）处 于幅度成为该 点 的图像的亮度或者灰度。当x， y和 f的 幅值 都是有一定的离散值时，称为该图像为数字图像如图 2-1 所示。数字图像处理就是用计算机处理数字图像。注意的是数字图像是由一定数量的元素构成的，每个元素都是有一个特殊的位置和数值的。这些个元素称为画素或者像素。像素是广泛应用于定义数字图像的元素的术语。 图 2-1 数字图像 视觉在我们的感觉是最高级的，因而，图像在我
13、们人类中的感知是起着最重要的作用就并不会奇怪了。然而，我们的视觉被限制在 电磁波谱的可视波段，而成像机器几乎覆盖了全部电磁波谱，它的范围从伽玛射线到无线电波。他们还可以在我们不常涉足的图像源所产生的图像上进行处理，包含了超声波、电子显微镜和计算机产生的图像。这样，数字的图像处理包含了很广泛的应用范围。 图像处理所涉及的领域到底拥有多广，作者们并无相同的见解。有时，人们将图像处理的定义成其输入与输出都是图像的一个学科。但是我们认为这个是具有一定的的局限性，并有点人为界定的意思。例如，在这种定义之下，计算图像的平均亮度在这中简单任务将不被人为是图像处理操作。此外，存在像计算机视觉这种 领域，它的最
14、终目的是用计算机来模仿人的视觉效果，包含了学习以及推理，并且根据是觉得输入采用相对应的行动。该领域本身是人工智能的一个分支，它的目的是模仿人的智能。人工智能的研究领域从发展的意义上看还处于开始的阶段，它的进展比计划中的要慢的多。图像分析领域（也成为图像理解）介于图像处理与计算机视觉之间。 图像处理和计算机视觉之间并没有很明显的界限，但是我们可以通过考虑三种类型的计算机化处理来划分它的类别： 低级、中级和高级处理。其中低级处理包含原始的操作，如降低噪声的图像预处理、对比度增强和图像锐化。低级处理的 特点使其输入与输出都为图像。图像的中级处理涉及分割这样的任务，即把图像分为区域或者对象，然后对对象
15、进行描述，使他们方便简化为合适的计算机处理的方式，并对单个对象进行分类。中级处理的特点是，其输入通常的是图像，但是输出的则是从这些图像中提取的属性例如边缘、轮廓以及单个对象属性。最后，高级的处理通过执行通常与人类视觉的相关的感知函数，来对识别的对象进行总体的肯定。 基于前面的注释，我们可知图像处理和图像分析之间的重叠之处是图像中单个区域的对象的识别。这样这本书中所说的数字图像的处理就包括了其输入与输出都是图像的 过程，从图像中提取的特性的过程，以及对单个对象进行识别的过程，为了阐述这些概念，我们现在考虑的文本的自动分析这一个领域。这个领域的图像获取的过程，就涵盖了获取文本、预处理图像、提取分割
16、个别字符、用合适的计算机处理的形式描述字符以及识别这些个字符，就在本书的数字图像处理的范围之内。弄清这些后了解图像分析和计算机视觉的领域。正向我们所定义的那样，数字图像的处理已经成功的用于很多领域，给人们带来了很巨大的社会价值和经济价值。 2.2 数字图像处理的概论 2.2.1 基本概念 数字图像处理（ Digital Image Processing） 3是通过计算机对图像进行改变，如对图像进行读取跟保存，图像的分割提取，图像的加噪去噪，图像的增强复原等处理方法与技术，对从图像信息转换来的数字电信号进行元算或处理，以期提高图像的质量或达到人们所要求的某些预期结果。 它的特点是应用计算机处理图
17、像精度高，改变软件既可以变换处理方法，灵活方便。但是由于当前计算机是顺序处理，因而对信息大的图像，运算处理的速度不如光学方法来的快。随着计算机的迅速发展，特别是并行处理技术，处理器阵列，图像数据库等新技术的发展，图像处理会以更加方便更加 快捷的面貌出现。 2.2.2 研究的主要功能 数字图像处理主要研究的功能有下面几个： （ 1）图像的变换。它是图像处理与分析的一个主要手段之一。通过正交变换与酉变换改变图像的表示域及表示数据给后续的处理工作带来了极大的方便。例如，常用的傅里叶变换使得图像的处理可以在频域中进行，使得运算更加简单方便，图像经过变换后往往能反映出图像的灰度结构特征使得图像容易分析，
18、便于图像的传输与存储。 （ 2）图像增强。它是图像处理的一个主要任务，它能改善图像的视觉效果使得图像更加美观，或者把图像转化到另外一种模式，使得我们能够 根据特定的任务方便后续进行一定的处理。图像对比度的改善、图像去噪、直方图修正、图像锐化以及色彩的增强等等。 （ 3）图像分割。图像分割是数字图像处理关键技术的一个重要部分。图像分割是将图像中有重要意义的特别部分提取出来，其有意义的特征有图像中的区域、边缘等等，这是对图像更进一步的识别、理解和分析的基本。但是到现在还没一个适合各种各样图像的有效处理方法。因此，它现在还是一个非常热门的研究点。 （ 4） MATLAB 图形用户界面。图形用户界面（
19、 Graphical User Interfaces，GUI）设计随着面向对 象技术的兴起它变得越加流行。很多程序设计软件都推出很多图形用户界面设计功能，很大程度上减少了设计人的负担，变快了设计者的程序设计的过程。图形用户界面是用来跟计算机程序之间的交流的 方式 ，它含有图形对象，比如窗口、图标、菜单和文本以及工具栏的用户界面。用户通过某种方式选择或者激活图形对象而引起的动作或者发生变化。通过这个图形的用户界面，用户可以非常轻松加直观地与计算机进行相互交流，而且用户不必了解应用程序是如何执行各条命令的，只要掌握好图形用户界面的各个组建的使用方法就可以了。 MATLAB 为用户设计图形界面提供
20、了一个高效率跟便捷的集成环境。在 MATLAB 中，基本的图形对象主要包括有空间对象、坐标对象、内容式菜单、下拉菜单对象。用户可以通过这些对象设计出界面适宜美观、功能强大、操作方 便的图形用户界面。 2.2.3 数字图像处理的特点 数字图像处理的优点 4： 第一再现性好，数字图像处理跟模拟图像处理的根本不同在于，它不会因为图像的传输或者复制等等原因的这些变换操作而导致图像质量的退变，只要图像在数字话的时候准确的表现了原图，则数字图像处理的过程中始终能保持图像的原始图片。 第二处理精度高，在现在的科技技术下， 可以近乎把一张模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这个主要取决于处理图像数字化的机器的
21、能力。现代的扫描仪可以报每一个像素的亮度等级量化为一个 16 位或者更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足人任意的需求。对于计算机来说，无论数组的大小、每个像素的为数多少，其处理程序近乎都是一样的，从另外的角度，从原理上说，无论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理改变程序中的数组的参数就可以了。 第三适用面宽，灵活性高，图像来自很多种信息源，它们可以是可见光的图像，可以是不可见的波普图像。可以小到电子显微镜图像， 也可以大到航空照片跟天文望远镜图像只要转换为数字编码形式那么它就可以用二维数组表示的灰度图像组合而成。因而都可以用计算机来进行处理，图像的数字处理方法可以用作任何一种图像。 数字图像处理的缺点： 第一处理信息量大，占用较高带宽，数字图像处理的的图像信息基本上都是二维信息，处理的信息量很大。例如，一副 512 512 图像就需要 768Kb 的数据量；如果要处理 30 帧每秒的电视图像序列就需要每秒要求 500kb 到 22.5Mb 数据量，二次对计算机的处理速度、存储的容量要求较高。数字图像处理占用的频带比较宽，且与语音信息相 比较，所用的频带要大几个数量级。 第二像素间相关性大，数字图像中各个像素是不独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素是非常相近的灰度。
