醫(yī)學(xué)圖像處理課程設(shè)計圖像預(yù)處理說明書

醫(yī)學(xué)圖像處理課程設(shè)計說明書基于matlab醫(yī)學(xué)圖像預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計班級生醫(yī)112姓名張市力學(xué)號指導(dǎo)教師李振偉、何琳課程設(shè)計任務(wù)書（指導(dǎo)教師填寫）課程設(shè)計名稱《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程設(shè)計學(xué)生姓名張市力專業(yè)班級生醫(yī)112設(shè)計題目一、課程設(shè)計目的1、熟練運用MATLAB編程實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像讀寫、幾何變換、直方圖和頻譜圖顯示等基礎(chǔ)預(yù)處理；進(jìn)一步鞏固和加強對《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程中所學(xué)相關(guān)理論知識的理解。2、掌握MATLABGUI設(shè)計的基本原理和方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用處理系統(tǒng)的初步設(shè)計與開發(fā)；通過實踐培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力。二、設(shè)計內(nèi)容、技術(shù)條件和要求1、運用MATLAB設(shè)計和開發(fā)一個醫(yī)學(xué)圖像預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠讀取不同類型的（包括灰度圖像、RGB圖像和索引圖像）醫(yī)學(xué)圖像、顯示已讀取圖像的直方圖（彩色圖像的直方圖取HSI模型中亮度分量的直方圖）、能通過選擇不同的插值方法和設(shè)置不同的參數(shù)（如旋轉(zhuǎn)度數(shù)、縮放倍數(shù)等）對其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放等幾何變換，并且能顯示變換前后圖像的頻譜（彩色圖像的頻譜取HSI模型中亮度分量的頻譜）。2、要求為該系統(tǒng)設(shè)計友好、易用的GUI界面；3、系統(tǒng)在實際操作中能夠按照設(shè)計要求穩(wěn)定、有效、正確地運行。4、運用該系統(tǒng)對各類圖像進(jìn)行處理實驗，討論不同圖像視覺效果與其直方圖的關(guān)系，并觀察比較不同插值方法的效果以及圖像經(jīng)幾何變換前后頻譜的異同，總結(jié)其規(guī)律。三、時間進(jìn)度安排1、課題介紹、人員安排、熟悉編程環(huán)境：2天2、分析題目、編寫程序：4天3、調(diào)試程序并撰寫設(shè)計報告：3天4、演示與答辯：1天四、主要參考文獻(xiàn)1、岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（MATLAB版）.電子工業(yè)出版社.20052、岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（第三版）.電子工業(yè)出版社.20113、MATLABHelpandDemos指導(dǎo)教師簽字：2014年9月1日醫(yī)學(xué)圖像處理課程設(shè)計生醫(yī)醫(yī)學(xué)圖像處理課程設(shè)計生醫(yī)112張市力目錄TOC\o"1-5"\h\z一、設(shè)計目的1二、設(shè)計內(nèi)容與原理1三、設(shè)計思路與方案3四、詳細(xì)設(shè)計步驟3五、結(jié)果與分析7六、總結(jié)10參考文獻(xiàn)10附錄11醫(yī)學(xué)圖像預(yù)系統(tǒng)設(shè)計一、設(shè)計目的1、熟練運用MATLAB編程實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像讀寫、幾何變換、直方圖和頻譜圖顯示等基礎(chǔ)預(yù)處理；進(jìn)一步鞏固和加強對《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程中所學(xué)相關(guān)理論知識的理解。2、掌握MATLABGUI設(shè)計的基本原理和方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用處理系統(tǒng)的初步設(shè)計與開發(fā)；通過實踐培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力。3、改善圖像的質(zhì)量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強、復(fù)原、編碼、壓縮等。二、設(shè)計內(nèi)容與原理（一）內(nèi)容1、GUI界面的熟悉及使用；2、在GUI界面的圖像讀取3、圖像直方圖均衡化4、采用多種插值方法進(jìn)行圖像縮放5、運用插值法對圖像任意角度旋轉(zhuǎn)6、在一定范圍內(nèi)對圖像進(jìn)行任意合法區(qū)域剪切7、系統(tǒng)結(jié)束時的安全退出（二）原理插值通常是利用曲線擬合的方法，通過離散的采樣點建立一個連續(xù)函數(shù)，用這個重建的函數(shù)便可求出任意位置的函數(shù)值。1、最近鄰插值概念：（U,V）點的灰度值等于離它最近點的灰度值，即：f（u,v）f（u,v）0000優(yōu)點：簡單，快捷。缺點：誤差大。當(dāng)用這種方法實現(xiàn)大倍數(shù)處理時，在圖像中可以明顯地看出

塊狀效應(yīng)。2、雙線性插值用[S]表示不超過S的最大整數(shù)，則U=[U]0V=[V]0a=U—[U]00卩=V—[V]00第一步：f(u,v)二f(u,v)+a[f(u+1,v)一f(u,v)]0第二步：f(u,v+1)二f(u,v+1)+a[f(u+1,v+1)一f(u,v+1)]0第三步：f(u0,v0)二f(u0,v)+p[f(u0,v+1)一f(u0,v)]-f(u，v)(l—a)(1—p)+f(u+1,v)a(1—p)+f(%,v+1)(1—a)p+f(u+1,v+l)apaa聊+2片!u~1yuyu+ly覽+2芒w-Lv+IW+1!U滬2,卩+2cl?v+I飪一1畀+2uy^-2dz/+l,v+21優(yōu)點：插值效果較好。缺點：計算量較大，并且插值后的圖像變模糊，從而損失一些細(xì)節(jié)。3、雙三次插值對于灰度變化規(guī)律較為復(fù)雜的圖像，可以采用同一直線方向上更多采樣點的灰度值對該點進(jìn)行非線性插值。步驟：第一步:求a,b,c,d四點處的灰度值;第二步：對a,b,c,d四點在垂直方向上做三次多項式內(nèi)插，求得插值點的灰度值；特點：由16個鄰近點求得，插值精度高，計算量大。三、設(shè)計思路與方案1、根據(jù)要求，設(shè)計內(nèi)容2、根據(jù)需要，在GUI上對應(yīng)相關(guān)模塊3、根據(jù)不同模塊實現(xiàn)的功能調(diào)用函數(shù)4、編寫算法5、調(diào)試四、詳細(xì)設(shè)計步驟1、創(chuàng)建一個GUI窗口在Matlab環(huán)境中打入“guide"點擊OK2、根據(jù)要求放置模塊，并對模塊進(jìn)行處理?！鯰膵曲袖口圖彩?D耳■X■■3、對各模塊的屬性進(jìn)行編輯Inspectorsases1EJ回區(qū)二ISI占此EALir.[0:]ALirHadjbUlDActePositionTroperiypositionE和ibitniLs#l*L匸almrBALL'ig：I>-alA□￡fBqe□￡￡&u.s>!Action.qu4ncVButtonDaMifJcnECLlti[0L]CLirfilsdfiauldEC^iiiraPositnoiLKt50.59.16]Com遼bPo舀i+工□xJI二日屯autdLtCamer^Target[0.505CiF1Cftmeralarce1H<!i*aui0IB匸u話&JLFpYaelar[oLo]■_amerJJpVcciorNodeout□匸5遼b.7i4h-Angl46.6036LD36D3Lig23*ik.7imMoJapudaCllpiincsnEZolor更1=1EreaieFen.J田Currentf>>iiLt[00]IBDa.t-aA.Epfio：LL]]cfloodsQJj{DDalaibFeuDrmNodencirnslEantAji^ltnornialFdAtlfbAfiLC9.FontsLEELO.OJ4、對每個pushbutten鍵進(jìn)行回調(diào)函數(shù)編輯單擊pushbutten鍵右鍵，在viewcallbacks中選中callbackS—Executesonbuttonpressinpushbuttonl?nT0unctionDJ就］磁城丄珈lb?恣」懿瓠皿或畠誕誠）nT0ShObjecthandletopushbutton1(seeGCBO'%eventdatareserved-tQbedefinedinafutureversionofMATLABLShandlesstructure彈ithhandlesanduserdata''se?GUID^TAj

5、在藍(lán)色區(qū)域所包含的綠色字母下方編輯算法6、然后單擊上方功能欄里的執(zhí)行按鈕觀察功能實現(xiàn)情況。結(jié)果如下圖:7、按照上述46的步驟實現(xiàn)每個pushbutten鍵的功能，以及其算法調(diào)試。

五、結(jié)果與分析1、圖像直方圖均衡化「.L頤J--百址理JiI如II航I「.L頤J--百址理JiI如II航I讀骯田片退出耳Y電放諂輸二族丈的您;■■:「圖-■!S3匸--回ODinar圖陵齷轉(zhuǎn)一22、圖像的頻譜1i.it珂1i.it珂耳凡3■'；:'.'■■■■■■■:耳凡3■'；:'.'■■■■■■■:：?<型些.百圖驚D204DflOB1子圖VI*~^~10binirObkiA4cIZZIr^i■0nwfflst□"■■：芒￡衣丹一退曲謹(jǐn)莊國片退曲謹(jǐn)莊國片裡段宜方圖3、圖像的縮放（不同插值方法）Biliner算法實現(xiàn)圖像縮小一倍Bicubic算法實現(xiàn)圖像放大4倍7Mritlab.pii.1宜;專圖/頻墻國貯理后宦壊Obihmi□回巒MDUbU丨2丨_J_Cnea'csl□UlI-1':書碇轉(zhuǎn)一逞呂4、圖像任意角度旋轉(zhuǎn)（逆時針300度旋轉(zhuǎn)）5、圖像的任意區(qū)域的裁剪六、總結(jié)隨著應(yīng)用的需求和科技的發(fā)展，圖像處理有了一些新的研究趨勢和特點：多學(xué)科領(lǐng)域交叉綜合；新理論新方法不斷出現(xiàn)；視覺機理研究深入；實現(xiàn)技術(shù)研究進(jìn)展迅速；應(yīng)用更實用化等。圖像預(yù)處理是系統(tǒng)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，處理結(jié)果的好壞自接影響著圖像識別系統(tǒng)后續(xù)環(huán)節(jié)的進(jìn)行,這樣就為圖像系統(tǒng)后續(xù)環(huán)節(jié)的進(jìn)行打下了良好的基礎(chǔ)。通過使用MATLAB圖像預(yù)處理工具箱對圖像進(jìn)行處理，并對結(jié)果進(jìn)行觀察和分析，更加深了對圖像預(yù)處理的直觀認(rèn)識。本次設(shè)計主要進(jìn)行了以下方面的工作：（1）對圖像預(yù)處理內(nèi)容及過程的認(rèn)識和熟悉。（2）對圖像預(yù)處理技術(shù)的主要內(nèi)容進(jìn)行了操作和熟悉。（3）對MATLAB以及其圖像預(yù)處理工具簡單的使用。（4）了解和使用GUI對圖像進(jìn)行簡單的處理。參考文獻(xiàn)1、岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（MATLAB版）.電子工業(yè)出版社.20052、岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理（第三版）.電子工業(yè)出版社.20113、閻建國.高亮等圖像處離技術(shù)在車牌識別中的應(yīng)用［J］電了技術(shù)應(yīng)用，2000.1.4、周金萍.MATLAB6.5圖形圖像處理與應(yīng)用實例［M］,利學(xué)出版社，2003.8.5、孫兆林.MATLAB6.X圖像處理［M］清華大學(xué)出版社，2002.5.6、帝毓晉.圖像工程（上冊）:圖像處理與分析。北京:清華大學(xué)出版社，1999.2.7、徐建華.圖像處理與分析.北京科學(xué)出版社，1992.8、王磊.基于MATLAB的數(shù)字圖像處理.蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報。9、賈小軍?基于MATLAB的圖像增強技術(shù)研究.渭南師范學(xué)院學(xué)報。10、李信真.車明剛.《計算方法》.西安西北工業(yè)大學(xué)出版社。11、周新倫.柳建.《數(shù)字圖像處理》.國防工業(yè)出版社。附錄1、圖像的讀取functionpushbutton1_Callback(hObject,eventdata,handles)globalIM;%設(shè)計一個全局變量用于存儲打開的圖片[filename,pathname]=uigetfile({'*jpg';'*.bmp';'*.tif''*.gif'},'選擇圖片');ifisequal(filename,0)disp'UsersSelectedCanceled');elsestr=[pathnamefilename];%路徑和文件名globalGG=str;IM=imread(str);%讀取圖片axes(handles.axesl);%使用第一個axesimshow(IM);%顯示圖片end2、直方圖讀取functionpushbutton3_Callback(hObject,eventdata,handles)m=rgb2gray(IM);axes(handles.axes2);imhist(m);3、頻譜functionpushbutton19_Callback(hObject,eventdata,handles)axes(handles.axes2);%x=imread(IM);ifndims(IM)==3m=fft2(IM(:,:,1));y=fftshift(m);imshow(log(abs(y)),[]);elsem=fft2(x);y=fftshift(m);imshow(log(abs(y)),[]);end4、圖像的任意角度旋轉(zhuǎn)functionpushbutton16_Callback(hObject,eventdata,handles)globalIM%I=double(im);r=str2double(get(handles.edit14'String'));I2=imrotate(IM,r'bilinear');axes(handles.axes7);imshow(I2);5、圖像縮放(三種插值方法)(1)functionpushbutton15_Callback(hObject,eventdata,handles)globalIM%I=double(IM);m=str2double(get(handles.edit5,'String'));I1=imresize(IM,m'bilinear');axes(handles.axes7);imshow(I1);(2)functionpushbutton20_Callback(hObject,eventdata,handles)globalIM%I=double(IM);m=str2double(get(handles.edit16,'String'));I1=imresize(IM,m'bicubic');axes(handles.axes7);imshow(I1);3)functionpushbutton21_Callback(hObject,eventdata,handles)globalIM%I=double(IM);m=str2double(get(handles.edit17,'String'));I1=imresize(IM,m'nearest');axes(handles.axes7);imshow(I1);6、圖像的裁剪functionpushbutton18_Callback(hObject,eventdata,handle