基于MATLAB的數(shù)字圖像處理畢業(yè)設(shè)計(jì)(含源文件)

……………………裝………………訂………………線……………………畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)基于MATLAB的數(shù)字圖像處理畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容及要求：1.掌握數(shù)字圖像處理的基本概念，了解數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)及其應(yīng)用，了結(jié)圖像的文件格式。2.掌握MATLAB仿真軟件的基本知識(shí)和編程方法。3.掌握主要的圖像處理方法及其原理（如圖像增強(qiáng)，二值圖像處理等），并通過(guò)MATLAB設(shè)計(jì)圖像處理的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像處理。4.翻譯5000字英文資料。5.撰寫(xiě)畢業(yè)論文，并進(jìn)行畢業(yè)答辯。指導(dǎo)教師簽字：第1頁(yè)共1頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………摘要圖像信息是人類(lèi)獲取信息的重要來(lái)源及利用信息的重要手段，圖像處理科學(xué)技術(shù)是科學(xué)研究、社會(huì)生產(chǎn)及人類(lèi)生活中不可缺少的強(qiáng)有力工具。在信息社會(huì)中，數(shù)字圖像處理科學(xué)在理論或?qū)嵺`上都存在著巨大的潛力。數(shù)字圖像處理是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)采用一定的算法對(duì)圖形圖像進(jìn)行處理的技術(shù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域上都有了比較廣泛的應(yīng)用。圖像處理的信息量很大，對(duì)處理速度的要求也比較高。MATLAB強(qiáng)大的運(yùn)算和圖形展示功能，使圖像處理變得更加的簡(jiǎn)單和直觀。本文介紹了MATLAB軟件，基于MATLAB的數(shù)字圖像處理環(huán)境和如何利用MATLAB及其圖像處理工具箱進(jìn)行數(shù)字圖像處理。主要論述了利用MATLAB實(shí)現(xiàn)二值圖像分析、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原等圖像處理。關(guān)鍵詞：MATLAB，數(shù)字圖像處理，圖像增強(qiáng)，二值圖像，圖像復(fù)原第1頁(yè)共2頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………AbstractTheimageinformationisaveryimportantsourceforpeopletogettheinformationandtheimportantmeansofinformation,imageprocessingtechnologyisapowerfultoolforscientificresearch,socialproductionandhumanlife.Intheinformationsociety,thedigitalimageprocessingscienceexistsgreatpotentialbothintheoryorpractice.Digitalimageprocessingisacomputerusingacertainalgorithmforgraphicsandimageprocessingtechnology.Digitalimageprocessingtechnologyhasbeeninvariousareashavearelativelywiderangeofapplications.Imageprocessinglargeamountofinformation,thespeedofprocessingrequirementsarerelativelyhigh.MATLABpowerfulcomputingandgraphicsdisplayfunction,whichmakesimageprocessingbecomemoresimpleandintuitive.ThispaperintroducestheMATLABsoftwareandtheMATLAB-baseddigitalimageprocessingenvironment,describeshowtousetheMATLABImageProcessingToolboxforitsdigitalimageprocessing.MainlydiscussestheuseofMATLABforimageenhancement,thetwovalueimageanalysis,imagerestorationandotherimageprocessingtechnologies.Keywords:MATLAB,digitalimageprocessing,imageenhancement,twovalueimage,imagerestoration第2頁(yè)共2頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………目錄第1章緒論..........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.1課題研究的目的及意義...........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.3課題內(nèi)容安排..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第2章數(shù)字圖像處理的簡(jiǎn)介..........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.1圖像的數(shù)字化過(guò)程...............................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.2數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容.........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.2.1基本概念..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.2.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容....................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.3數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)和應(yīng)用.......................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.3.1數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.3.2數(shù)字圖像處理的應(yīng)用........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4數(shù)字圖像類(lèi)型...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.5主要圖像文件格式...............................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第3章MATLAB仿真軟件的簡(jiǎn)介.......................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.1MATLAB的歷史背景...............................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2MATLAB簡(jiǎn)介.....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3MATLAB的特點(diǎn)...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.4MATLAB在數(shù)字圖像中的運(yùn)用.......................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第4章二值圖像分析.................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.1二值圖像的實(shí)現(xiàn).................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.2二值形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.2.1膨脹.....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.2.2腐蝕.....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.3二值分析進(jìn)行圖像處理綜合應(yīng)用.................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.3.1噪聲濾除.................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.3.2邊緣提取.................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4.3.3特征提取..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第5章圖像增強(qiáng).....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.1空域變換增強(qiáng)...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.1.1增強(qiáng)對(duì)比度（線性變換）....................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.1.2圖像求反..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.2空域?yàn)V波增強(qiáng)...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.2.1原理......................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.2.2線性平滑濾波器（領(lǐng)域均值法）............錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.2.3非線性平滑濾波器（中值濾波法）............錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.2.4銳化濾波器................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第1頁(yè)共2頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………5.3圖像頻域增強(qiáng)...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.3.1頻域增強(qiáng)原理和功能........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.3.2低通濾波..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.3.3高通濾波..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.3.4周期底紋清除濾波..........................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5.3.5同態(tài)濾波..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第6章圖像復(fù)原.....................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6.1圖像退化模型...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6.2維納(Wiener)濾波...............................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6.2.1直接逆濾波................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6.2.2維納(Wiener)濾波基本原理..................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。6.3Lucy-Richardson迭代非線性算法.................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第7章總結(jié)與展望...................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.1總結(jié)...........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.2展望...........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。致謝..................................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)..............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第2頁(yè)共2頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………第1章緒論本章主要介紹課題研究的目的及意義，該課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及論文內(nèi)容安排等。1.1課題研究的目的及意義數(shù)字圖像處理（DigitalImageProcessing），就是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者其他數(shù)字硬件，對(duì)從圖像信息轉(zhuǎn)換而得到的電信號(hào)進(jìn)行某些數(shù)學(xué)運(yùn)算，以提高圖像的實(shí)用性。例如從衛(wèi)星圖片中提取目標(biāo)物的特征參數(shù)，三維立體斷層圖像的重建等?？偟膩?lái)說(shuō)，數(shù)字圖像處理包括點(diǎn)運(yùn)算、幾何處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像形態(tài)學(xué)處理、圖像編碼、圖像重建、模式識(shí)別等。由于計(jì)算機(jī)處理能力的不斷增強(qiáng)，數(shù)字圖像處理學(xué)科在飛速發(fā)展的同時(shí)，也越來(lái)越廣泛地向許多其他學(xué)科快速交叉滲透，使得圖像作為信息獲取以及信息的利用等方面也變得越來(lái)越重要。目前數(shù)字圖像處理的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)滲透到工業(yè)、醫(yī)療保健、航空航天、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。MathWorks公司推出的MATLAB軟件是學(xué)習(xí)數(shù)理知識(shí)的好幫手。應(yīng)用MATLAB友好的界面和豐富、實(shí)用、高效的指令及模塊，可以使人較快地認(rèn)識(shí)、理解圖像處理的相關(guān)概念，逐步掌握?qǐng)D像信號(hào)處理的基本方法，進(jìn)而能夠解決相關(guān)的工程和科研中的問(wèn)題。圖像是人類(lèi)獲取和交換信息的主要來(lái)源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類(lèi)生活和工作的方方面面。隨著人類(lèi)活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴(kuò)大，數(shù)字圖像處理對(duì)人類(lèi)的作用將是不可限量。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)字圖像處理起源于20世紀(jì)20年代。當(dāng)時(shí)，人們通過(guò)Bartlane海底電纜圖片傳輸系統(tǒng)，從倫敦到紐約傳輸了一幅經(jīng)過(guò)數(shù)字壓縮后的照片，從而把傳輸時(shí)間從一周多縮短到不足三個(gè)小時(shí)。為了傳輸圖片，該系統(tǒng)在傳輸端進(jìn)行了圖像編碼，然后在接收端用特殊打印設(shè)備重構(gòu)了該圖片。盡管這一應(yīng)用包含了數(shù)字圖像處理的知識(shí)，但是并沒(méi)有使用計(jì)算機(jī)。而數(shù)字圖像處理需要很大的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力，其發(fā)展受到計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)發(fā)展的制約。在20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理圖形和圖像信息。20世紀(jì)60年代初期數(shù)字圖像處理作為一門(mén)學(xué)科大約形成了。第一臺(tái)可執(zhí)行圖像處理任務(wù)的大型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對(duì)象，以改善人的視覺(jué)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(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等。首次獲得實(shí)際成功應(yīng)用的是美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）。他們對(duì)航天探測(cè)器徘徊者7號(hào)在1964年發(fā)回的幾千張?jiān)虑蛘掌褂昧藞D第1頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………像處理技術(shù)，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進(jìn)行處理，并考慮了太陽(yáng)位置和月球環(huán)境的影響，由計(jì)算機(jī)成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。隨后又對(duì)探測(cè)飛船發(fā)回的近十萬(wàn)張照片進(jìn)行更為復(fù)雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類(lèi)登月創(chuàng)舉奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也推動(dòng)了數(shù)字圖像處理這門(mén)學(xué)科的誕生。在以后的宇航空間技術(shù)，如對(duì)火星、土星等星球的探測(cè)研究中，數(shù)字圖像處理技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用。20世紀(jì)60年代末70年代初，數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等諸多領(lǐng)域。1972年英國(guó)EMI公司工程師Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，也就是我們通常所說(shuō)的CT（ComputerTomograph）。CT的基本方法是根據(jù)人的頭部截面的投影，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理來(lái)重建截面圖像，稱(chēng)為圖像重建。1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT裝置，獲得了人體各個(gè)部位鮮明清晰的斷層圖像。1979年，這項(xiàng)無(wú)損傷診斷技術(shù)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，說(shuō)明它對(duì)人類(lèi)作出了劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。1972年美國(guó)陸地資源衛(wèi)星(Landsat)將多譜圖像用于資源探測(cè)。同年，計(jì)算機(jī)層析儀圖像重建技術(shù)用于醫(yī)學(xué)[3]。(CT)問(wèn)世，它將20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能、思維科學(xué)研究的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理向更高、更深層次發(fā)展。人們已開(kāi)始研究如何用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)理解外部世界，這被稱(chēng)為圖像理解或計(jì)算機(jī)視覺(jué)。很多國(guó)家，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家投入更多的人力、物力到這項(xiàng)研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的視覺(jué)計(jì)算理論，這個(gè)理論成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域其后十多年的主導(dǎo)思想。圖像理解雖然在理論方法研究上已取得不小的進(jìn)展，但它本身是一個(gè)比較難的研究領(lǐng)域，存在不少困難，因人類(lèi)本身對(duì)自己的視覺(jué)過(guò)程還了解甚少，因此計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一個(gè)有待人們進(jìn)一步探索新的領(lǐng)域。1.3課題內(nèi)容安排本文主要以MATLAB為工具來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的處理。全文共分7章，內(nèi)容安排如下：第一章緒論，介紹了課題研究目的及意義和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第二章介紹了圖像的數(shù)字化、數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)和圖像文件格式。第三章介紹了Matlab仿真軟件。第四章介紹了二值圖像操作原理及利用MATLAB實(shí)現(xiàn)二值圖像操作。第五章介紹了圖像增強(qiáng)的原理及利用MATLAB來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)。第六章介紹了圖像復(fù)原原理及利用MATLAB實(shí)現(xiàn)圖像復(fù)原。第七章總結(jié)與展望。第2頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………第2章數(shù)字圖像處理的簡(jiǎn)介2.1圖像的數(shù)字化過(guò)程圖像的數(shù)字化過(guò)程就是在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成一個(gè)二維矩陣的過(guò)程。數(shù)字化的目的是將一幅圖像以數(shù)字的形式進(jìn)行表示，并且要做到既不失真又便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。圖像的數(shù)字化要求是要達(dá)到以最小的數(shù)據(jù)量不失真地描述圖像信息。數(shù)字圖像(digitalimagine)和傳統(tǒng)的圖像即模擬圖像(picture)是有差別的。圖像的數(shù)字化包括采樣和量化兩個(gè)過(guò)程。1.采樣采樣(sampling)就是把在時(shí)間上和空間上連續(xù)的圖像分割成離散點(diǎn)（采樣點(diǎn)，即像素）的集合的一種操作。采樣是對(duì)圖像空間坐標(biāo)的離散化，它決定了圖像的空間分辨率。采樣越細(xì)，越能精確地表現(xiàn)圖像。圖像基本上是在二維平面上連續(xù)分布的信息形式要把它輸入到計(jì)算機(jī)中，首先要把二維信號(hào)變成一維信號(hào)，因此要進(jìn)行掃描(scanning)。最常用的掃描方法是在二維平面上按一定間隔順序地從上方順序地沿水平方向的直線（掃描線）掃描，從而取出濃淡值（灰度值）的線掃描（Laster掃描）。對(duì)于由此得到的一維信號(hào)，通過(guò)求出每一特定間隔的值，可以得到離散的信號(hào)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像除進(jìn)行水平，垂直兩個(gè)方向的掃描以外，還有進(jìn)行時(shí)間軸上的掃描。通過(guò)采樣，如設(shè)橫向的像素?cái)?shù)為M，縱向的像素?cái)?shù)為N，則畫(huà)面的大小可以表示為“M*N”個(gè)像素。一般來(lái)說(shuō)，圖像中細(xì)節(jié)越多，采樣的間隔應(yīng)當(dāng)越小。2.量化如果把這些連續(xù)變化的值（灰度值）量化為8bit，則灰度值被分成0-2552的256個(gè)級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)于各個(gè)灰度值的濃淡程度，叫做灰度等級(jí)或灰度標(biāo)度。經(jīng)過(guò)采樣，圖像被分解成在時(shí)間上和空間上離散分布的像素，但是像素的值（灰度值）還是連續(xù)值。像素的值，是指白色-灰色-黑色的濃淡值，有時(shí)候也指光的強(qiáng)度（亮度）值或灰度值。把這些連續(xù)的濃淡值或灰度值變?yōu)殡x散的值（整數(shù)值）的操作就是量化。在0-255的值對(duì)應(yīng)于白-黑的時(shí)候，有以0為白，255為黑的方法，也有以0為黑，255為白的方法，這取決于圖像的輸入方法以及用什么樣的觀點(diǎn)對(duì)圖像進(jìn)行處理等，這是在編程時(shí)應(yīng)特別注意的問(wèn)題。但在只有黑白二值的二值圖像的情形，一[4]般設(shè)0為白，1為黑。量化的方法有：(1)分層量化（Hierarchicalquantization）(2)均勻量化（Uniformquantization）(3)非均勻量化（Non-uniformquantization）分層量化是把每一個(gè)離散樣本的連續(xù)灰度值分成有限多的層次。均勻量化是把第3頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………源圖像灰度層次從最暗至最亮均勻分為有限層次，如果采用不均勻分層就是非均勻量化。對(duì)連續(xù)的灰度值賦予量化級(jí)的，即灰度值方法有：等間隔量化(Equalintervalquantization)和非等間隔量化(Nonequalintervalquantization)。等間隔量化是簡(jiǎn)單地把采樣值的灰度范圍等間隔地分割并進(jìn)行量化。非均勻量化是依據(jù)一幅圖像具體的灰度值分布的概率密度函數(shù)，按總的量化誤差的最小的原則來(lái)進(jìn)行量化。實(shí)用中一般采用等間隔量化。3.采樣、量化和圖像細(xì)節(jié)的關(guān)系上面的數(shù)字化過(guò)程，需要確定數(shù)值N和灰度級(jí)的級(jí)數(shù)K。在數(shù)字圖像處理中，一般都取成2的整數(shù)冪，即:N2nK2m(2-1)(2-2)一幅數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)中所占的二進(jìn)制存儲(chǔ)位數(shù)b為:blog(2)N*N*m(bit)(2-3)m*NN例如，灰度級(jí)為256級(jí)(m=8)的512×512的一幅數(shù)字圖像，需要大約210萬(wàn)個(gè)存儲(chǔ)位。隨著N和m的增加，計(jì)算機(jī)所需要的存儲(chǔ)量也隨之迅速增加。由于數(shù)字圖像是連續(xù)圖像的近似，從圖像數(shù)字化的過(guò)程可以看到。這種近似的程度主要取決于采樣樣本的大小和數(shù)量(N值)以及量化的級(jí)數(shù)K(或m值)。N和K的值越大，圖像越清晰。2.2數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容2.2.1基本概念數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。相對(duì)于以往的數(shù)字圖像處理方法，數(shù)字圖像處理是一次新的“工業(yè)革命”，它徹底改變了以往人們處理圖像時(shí)所采用的手段，成為圖像處理中一個(gè)嶄新的方向。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受三個(gè)因素的影響：一是計(jì)算機(jī)的發(fā)展；二是數(shù)學(xué)的發(fā)展(特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善)；三是廣泛的農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長(zhǎng)。2.2.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容從系統(tǒng)整體研究的角度來(lái)看，數(shù)字圖像處理的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：圖像的獲取、表示與表現(xiàn)，圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像分析、圖像重建及圖像編碼壓縮等。其中，數(shù)字圖像處理包括：算術(shù)/邏輯操作和幾何運(yùn)算、圖像增強(qiáng)、圖像分割、圖像形態(tài)學(xué)處理、模式識(shí)別、圖像復(fù)原、圖像壓縮等內(nèi)容。（1）算術(shù)/邏輯操作圖像中的算術(shù)/邏輯操作主要以像素對(duì)像素為基礎(chǔ)在兩幅或多幅圖像間進(jìn)行（其中不包含邏輯非操作，它在單一影像中進(jìn)行）。第4頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………對(duì)圖像的邏輯操作同樣也是基于像素的?！芭c或非”這三種邏輯算子完全是函數(shù)化的。當(dāng)我們對(duì)灰度級(jí)圖像進(jìn)行邏輯操作時(shí)，像素值作為一個(gè)二進(jìn)制的字符串來(lái)處理。在四種算術(shù)操作中，減法與加法在圖像處理中最有用。我們簡(jiǎn)單的把兩幅圖像想除看成是用一副的取反圖像與另一幅圖像相乘。在四種代數(shù)運(yùn)算操作中加法運(yùn)算可用于降低圖像中加性隨機(jī)噪聲的污染；減法運(yùn)算則可以檢測(cè)圖像中物體的運(yùn)動(dòng)變化；乘法運(yùn)算可用于標(biāo)記圖像中的感興趣區(qū)域；除法運(yùn)算則經(jīng)常用于多光譜遙感圖像的分析處理，以擴(kuò)大不同物體之間的差異。（2）幾何變換幾何運(yùn)算用于改變圖像中像素與像素之間的空間位置關(guān)系，從而改變圖像的空間結(jié)構(gòu)，達(dá)到處理圖像的目的。簡(jiǎn)單而言，圖像幾何變換就是建立一種源圖像像素與變換后的圖像像素之間的映射關(guān)系。主要包括圖像的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像和轉(zhuǎn)置變換等。（3）圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是圖像處理最關(guān)鍵的研究問(wèn)題之一，圖像增強(qiáng)按作用域可分為兩類(lèi)，即空域處理和頻域處理?？沼蛱幚硎侵苯訉?duì)圖像進(jìn)行處理，而頻域處理則是在圖像的某個(gè)變化域內(nèi)，對(duì)圖像的變換系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，然后通過(guò)逆變換獲得圖像增強(qiáng)效果。圖像增強(qiáng)可以突出圖像中的某些“有用”信息，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差別，改善圖像的視覺(jué)效果。圖像增強(qiáng)的算法包括直方圖增強(qiáng)，空域?yàn)V波增強(qiáng)，頻域?yàn)V波增強(qiáng)和彩色增強(qiáng)等。（4）圖像分割圖像分割將圖像細(xì)分為構(gòu)成它的子區(qū)域或?qū)ο?。圖像分割算法一般基于亮度值的兩個(gè)基本特性之一：不連續(xù)性和相似性。第一類(lèi)方法基于亮度的不連續(xù)變化分割圖像，比如圖像的邊緣。第二類(lèi)方法依據(jù)事先制定的準(zhǔn)則將圖像分割為相似的區(qū)域。圖像分割包括間斷檢測(cè)，邊緣檢測(cè)，門(mén)限處理等。（5）圖像形態(tài)學(xué)處理圖像形態(tài)學(xué)由一組形態(tài)學(xué)代數(shù)算子組成，最基本的形態(tài)學(xué)代數(shù)算子包括腐蝕、膨脹、開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算等，通過(guò)組合應(yīng)用這些算子，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像形狀、結(jié)構(gòu)的分析和處理。數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)可以完成圖像分割、特征提取、邊界檢測(cè)、圖像濾波、圖像增強(qiáng)和恢復(fù)等工作。（6）模式識(shí)別模式識(shí)別總是從大量信息和數(shù)據(jù)出發(fā)，在一定的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)的推理的方法對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。模式識(shí)別系統(tǒng)一般包括4個(gè)部分，即數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、特征提取和決策分類(lèi)。（7）圖像復(fù)原（恢復(fù)）由于設(shè)備造成的掃描線漏失、錯(cuò)位等各種原因不可避免造成圖像質(zhì)量的下降（退化）。圖像的復(fù)原就是根據(jù)事先建立起來(lái)的系統(tǒng)退化模型，將降質(zhì)了的圖像重建成接近于或完全無(wú)退化的原始理想圖像的過(guò)程。（8）圖像壓縮第5頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量是很巨大的，然而數(shù)字圖像實(shí)際上又具有很大的壓縮潛力。圖像壓縮所解決的問(wèn)題是盡量減少表示數(shù)字圖像時(shí)所需的數(shù)據(jù)量。減少數(shù)據(jù)量的基本原理是出去其中的冗余數(shù)據(jù)。這種變換在圖像存儲(chǔ)或傳輸之前進(jìn)行。在以后的某個(gè)時(shí)候，再對(duì)壓縮圖像進(jìn)行解壓縮，以重構(gòu)原圖像或原圖像的近似圖像。2.3數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)和應(yīng)用2.3.1數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn):1.再現(xiàn)性好2.處理精度高3.適用面寬4.靈活性高（2）缺點(diǎn)：1.處理信息量大2.占用頻帶較寬3.像素間相關(guān)性大4.無(wú)法復(fù)制三維景物的全部幾何信息5．人為因素影響較大2.3.2數(shù)字圖像處理的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理和計(jì)算機(jī)、多媒體、智能機(jī)器人、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。近年來(lái)計(jì)算機(jī)識(shí)別、理解圖像的技術(shù)發(fā)展很快，也就是圖像處理的目的除了直接供人觀看（如醫(yī)學(xué)圖像是為醫(yī)生觀看作診斷）外，還進(jìn)一步發(fā)展了與計(jì)算機(jī)視覺(jué)有關(guān)的應(yīng)用，如郵件自動(dòng)分檢，車(chē)輛自動(dòng)駕駛等。下面僅羅列了一些典型應(yīng)用實(shí)例，而實(shí)際應(yīng)用更廣。（1）在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要包括顯微圖像處理；DNA顯示分析；紅、白血球分析計(jì)數(shù)；蟲(chóng)卵及組織切片的分析；癌細(xì)胞的識(shí)別；染色體分析等等。（2）遙感航天中的應(yīng)用軍事偵察、定位、導(dǎo)航、指揮等應(yīng)用；多光譜衛(wèi)星圖像分析；地形、地圖、國(guó)土普查；地質(zhì)、礦藏勘探；天文、太空星體的探測(cè)及分析等。（3）工業(yè)應(yīng)用CAD和CAM技術(shù)用于模具、零件制造、服裝、印染業(yè)；零件、產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)，焊縫及內(nèi)部缺陷檢查；交通管制、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控；火車(chē)車(chē)皮識(shí)別等。（4）軍事公安領(lǐng)域中的應(yīng)用巡航導(dǎo)彈地形識(shí)別；指紋自動(dòng)識(shí)別；警戒系統(tǒng)及自動(dòng)火炮控制；反偽裝偵察；手跡、人像、印章的鑒定識(shí)別；過(guò)期檔案文字的復(fù)原；集裝箱的不開(kāi)箱檢查等。（5）遙感上的應(yīng)用在遙感的發(fā)展中，可以看到大量與圖像處理密切相關(guān)的技術(shù)。如在20世紀(jì)70年代美國(guó)發(fā)射的第一顆陸地衛(wèi)星就是通過(guò)對(duì)獲取的遙感圖片進(jìn)行處理后達(dá)到上述目第6頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………的的。隨后美國(guó)發(fā)射了海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和軍用衛(wèi)星，從而獲取了大量遙感資料。此圖像處理廣泛應(yīng)用于土地測(cè)繪、資源調(diào)查、氣象監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、森林防護(hù)等。（6）其他應(yīng)用圖像的遠(yuǎn)距離通信；多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用；電視電話；服裝試穿顯示；理發(fā)發(fā)型預(yù)測(cè)顯示；電視會(huì)議；辦公自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)視頻管理等。2.4數(shù)字圖像類(lèi)型MATLAB中，一幅圖像可能包含一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，也可能包含一個(gè)顏色映射表矩陣。MATLAB中有四種基本的圖像類(lèi)型：（1）二值圖像（二進(jìn)制圖像）二值圖像也叫黑白圖像，就是圖像像素只存在0、1兩個(gè)值。一個(gè)二值圖像是純黑白的。每一個(gè)像素值將取0或者1中的一個(gè)值，通常0表示黑，1表示白。二值圖像可以保存為雙精度或uint8類(lèi)型的雙精度數(shù)組，顯然使用uint8類(lèi)型更節(jié)省空間。在圖像處理工具箱中，任何一個(gè)返回二進(jìn)制圖像的函數(shù)都是以u(píng)int8類(lèi)型邏輯數(shù)組來(lái)返回的。（2）灰度圖像在MATLAB中，灰度圖像是保存在一個(gè)矩陣中的，矩陣中的每一個(gè)元素代表一個(gè)像素點(diǎn)。矩陣可以是雙精度類(lèi)型，其值域?yàn)閇0，1]；也可以為uint8類(lèi)型，其數(shù)據(jù)范圍為[0，255]。矩陣的每個(gè)元素代表不同的亮度或灰度級(jí)。彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像公式：Y=0.299R+0.578G+0.144B(2-4)（3）索引圖像索引圖像包括圖像矩陣與顏色圖數(shù)組，其中，顏色圖是按圖像中顏色值進(jìn)行排序后的數(shù)組。對(duì)于每個(gè)像素，圖像矩陣包含一個(gè)值，這個(gè)值就是顏色圖中的索引。顏色圖為m*3雙精度值矩陣，各行分別指定紅綠藍(lán)（RGB）單色值。Colormap=[R，G，B]，R，G，B為值域?yàn)閇0，1]的實(shí)數(shù)值。圖像矩陣與顏色圖的關(guān)系依賴(lài)于圖像矩陣是雙精度型還是uint8（無(wú)符號(hào)8位整型）類(lèi)型。如果圖像矩陣為雙精度類(lèi)型，第一點(diǎn)的值對(duì)應(yīng)于顏色圖的第一行，第二點(diǎn)對(duì)應(yīng)于顏色圖的第二行，依次類(lèi)推。如果圖像矩陣是uint8，有一個(gè)偏移量，第0點(diǎn)值對(duì)應(yīng)于顏色圖的第一行，第一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于第二行，依次類(lèi)推；uint8長(zhǎng)用于圖形文件格式，它支持256色。（4）RGB圖像與索引圖像一樣，RGB圖像分別用紅，綠，藍(lán)三個(gè)亮度值為一組，代表每個(gè)像素的顏色。與索引圖像不同的是，這些亮度值直接存在圖像數(shù)組中，而不是存放在顏色圖中。圖像數(shù)組為M*N*3，M，N表示圖像像素的行列數(shù)。2.5主要圖像文件格式(1)JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)格式，是一種成為聯(lián)合圖像專(zhuān)第7頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………家組的圖像壓縮格式。文件后綴名為“.jpeg”或“.jpg”，是最常用的圖像文件格式。JPEG是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的存儲(chǔ)空間內(nèi)。(2)TIFF（TaggedImageFileFormat）格式。它是目前圖像文件格式中最復(fù)雜的一種。處理1，4，8，24位非壓縮圖像，1，4，8，24位packbit壓縮圖像，一位CCITT壓縮圖像等。且它支持單色到32位真彩色模式的所有圖像。文件內(nèi)容包括：文件頭，參數(shù)指針表與參數(shù)域，參數(shù)數(shù)據(jù)表和圖像數(shù)據(jù)四部分。(3)BMP（WindowsBitmap）格式。它是一種與硬件設(shè)備無(wú)關(guān)的圖像文件格式，使用非常廣。有1，4，8，24位非壓縮圖像，8位RLE（Run-lengthEncoded）圖像。文件內(nèi)容包括：文件頭（一個(gè)BITMAPFILEHEADER數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），位圖信息數(shù)據(jù)塊（位圖信息頭BITMAPINFOHEADER和一個(gè)顏色表）和圖像數(shù)據(jù)。(4)GIF(GraphicsInterchangeFormat)格式。原義是“圖像互換格式”，是CompuServe公司在1987年開(kāi)發(fā)的圖像文件格式。GIF文件的數(shù)據(jù)，是一種基于LZW算法的連續(xù)色調(diào)的無(wú)損壓縮格式。其壓縮率一般在50%左右，它不屬于任何應(yīng)用程序。目前幾乎所有相關(guān)軟件都支持它，公共領(lǐng)域有大量的軟件在使用GIF圖像文件。GIF圖像文件的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)壓縮的，而且是采用了可變長(zhǎng)度等壓縮算法。GIF格式的另一個(gè)特點(diǎn)是其在一個(gè)GIF文件中可以存多幅彩色圖像，如果把存于一個(gè)文件中的多幅圖像數(shù)據(jù)逐幅讀出并顯示到屏幕上，就可構(gòu)成一種最簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)。(5)PCX（WindowsPaintbrush）格式。它是最早使用的圖像文件格式之一。PCX格式支持256種顏色，不如TIFF等格式功能強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，存取速度快，壓縮比適中，適用于一般軟件的使用?？商幚?，4，8，16，24位等圖像數(shù)據(jù)。文件內(nèi)容包括：文件頭（128字節(jié)），圖像數(shù)據(jù)、擴(kuò)展顏色映射表數(shù)據(jù)。(6)HDF（HierarchicalDataFormat）格式。有8位、24位光柵數(shù)據(jù)集。(7)PNG（PortableNetworkGraphics）：包括1位、2位、4位、8位和16位灰度圖像，8位和16位索引圖像，24位和48位真彩色圖像。(8)RAS（SunRasterimage）：有1位bitmap、8位索引、24位真彩色和帶有透明度的32位真彩色。[12](9)CO（WindowsIconresource）：有1位、4位、8位非壓縮圖像。第8頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………第3章MATLAB仿真軟件的簡(jiǎn)介3.1MATLAB的歷史背景在20世紀(jì)70年代中期，CleveMoler博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開(kāi)發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫(kù)。EISPACK是特征值求解的FORTRAN程序庫(kù)，LINPACK是解線性方程的程序庫(kù)。在當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平。到20世紀(jì)70年代后期，身為美國(guó)NewMexico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的CleveMoler，在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí)，想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫(kù)，但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫(xiě)接口程序很費(fèi)時(shí)間，于是他開(kāi)始自己動(dòng)手，利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫(xiě)EISPACK和LINPACK的接口程序。CleveMoler給這個(gè)接口程序取名為MATLAB，該名為矩陣（matrix）和實(shí)驗(yàn)室（laboratory）兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合。在以后的數(shù)年里，MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。1983年春天，CleveMoler到Stanford大學(xué)講學(xué)，MATLAB深深地吸引了工程師JohnLittle。JohnLittle敏銳地覺(jué)察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景。同年，他和CleveMoler、SieveBangert一起，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專(zhuān)業(yè)版。這一代的MATLAB語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。1984年，CleveMoler和JohnLithe成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市場(chǎng)，并繼續(xù)進(jìn)行MATLAB的研究和開(kāi)發(fā)。在當(dāng)今30多個(gè)數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中，就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言，可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是數(shù)值計(jì)算型軟件，如MATLAB、Xmath、Gauss等，這類(lèi)軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算，對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件，如Mathematica、Maple等，這類(lèi)軟件以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng)，能給出解析解和任意精度解，其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低。MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上，又率先在專(zhuān)業(yè)水平上開(kāi)拓了其符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力，開(kāi)發(fā)了適合多學(xué)科、多部門(mén)要求的新一代科技應(yīng)用軟件MATLAB。經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，MATLAB已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。在MATLAB進(jìn)入市場(chǎng)前，國(guó)際上的許多應(yīng)用軟件包都是直接以FORTRAN和C語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。這種軟件的缺點(diǎn)是使用面窄、接口簡(jiǎn)陋、程序結(jié)構(gòu)不開(kāi)放以及沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基庫(kù)，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。MATLAB的出現(xiàn)，為各國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在MATLAB問(wèn)世不久的20世紀(jì)80年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在MATLAB上重建。時(shí)至今日，經(jīng)過(guò)MathWorks公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)勁的大型軟件。在國(guó)外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大第9頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB[13]被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題。3.2MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB是MATrixLABoratory（“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）的縮寫(xiě)，不僅具備完善的科學(xué)計(jì)算功能，而且能勝任眾多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的仿真和設(shè)計(jì)任務(wù)，甚至能自動(dòng)生成直接與硬件關(guān)聯(lián)的代碼，在圖像處理、系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多。MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox)。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類(lèi)。MATLAB圖像處理工具箱包括：（1）圖像處理工具箱（ImageProcessingToolbox)它為工程師和科學(xué)家提供了一套完整的用于圖像處理和分析的函數(shù)，總共超過(guò)了200個(gè)圖像處理函數(shù)，用戶只需要花少量的時(shí)間在算法編程上，而可以把大量時(shí)間用于問(wèn)題的分析處理上。（2）圖像獲取工具箱(ImageAcquisitionToolbox)它擴(kuò)展了MATLAB的強(qiáng)大科學(xué)計(jì)算能力，允許直接在MATLAB環(huán)境下通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備獲取圖像和視頻信號(hào)。（3）地圖工具箱(MappingToolbox)它與MATLAB組合起來(lái)提供了一個(gè)完整的分析和顯示地理信息的環(huán)境，利用該工具箱提供的函數(shù)，工程師可以用來(lái)分析地理數(shù)據(jù)，進(jìn)行地圖顯示，調(diào)用外部地圖數(shù)據(jù)源。3.3MATLAB的特點(diǎn)MATLAB軟件具有如下特點(diǎn)：(1)它的語(yǔ)言非常接近自然語(yǔ)言，因此，具有一定程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的人學(xué)起來(lái)比較容易。運(yùn)算符豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語(yǔ)句和if語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。它的程序限制不?yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大，而且具有源程序的開(kāi)放性。第10頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………(2)該軟件提供了大量的內(nèi)部函數(shù)，讓用戶在使用時(shí)非常方便，此外，日益龐大的Toolbox更是讓該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。(3)該軟件語(yǔ)言以向量矩陣為著眼點(diǎn)，因此它比較適于進(jìn)行數(shù)值分析。(4)它的繪圖功能強(qiáng)大，由于MATLAB在世界范圍內(nèi)特別是在工程計(jì)算領(lǐng)域的流行，越來(lái)越多的人開(kāi)始青睞并使用這套軟件。(5)MATLAB的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速[14]度較慢。3.4MATLAB在數(shù)字圖像中的運(yùn)用圖像處理工具包是由一系列支持圖像處理操作的函數(shù)組成的。所支持的圖像處理操作有:圖像的幾何操作、鄰域和區(qū)域操作、圖像變換、圖像恢復(fù)與增強(qiáng)、線性濾波和濾波器設(shè)計(jì)、變換(DCT變換等)、圖像分析和統(tǒng)計(jì)、二值圖像操作等。下面就MATLAB在圖像處理中各方面的應(yīng)用分別進(jìn)行介紹。（1）圖像文件格式的讀寫(xiě)和顯示。MATLAB提供了圖像文件讀入函數(shù)imread()，用來(lái)讀取如:bmp、tif、tiffpcx、jpg、gpeg、hdf、xwd等格式圖像文；圖像寫(xiě)出函數(shù)imwrite()，還有圖像顯示函數(shù)image()、imshow()等等。（2）圖像處理的基本運(yùn)算。MATLAB提供了圖像的和、差等線性運(yùn)算，以及卷積、相關(guān)、濾波等非線性算。例如，conv2(I，J)實(shí)現(xiàn)了I，J兩幅圖像的卷積。（3）圖像變換。MATLAB提供了一維和二維離散傅立葉變換(DFT)、快速傅立葉變換(FFT)、離散余弦變換(DCT)及其反變換函數(shù)，以及連續(xù)小波變換(CWT)、離散小波變換(DWT)及其反變換。（4）圖像的分析和增強(qiáng)。針對(duì)圖像的統(tǒng)計(jì)計(jì)算MATLAB提供了校正、直方圖均衡、中值濾波、對(duì)比度調(diào)整、自適應(yīng)濾波等對(duì)圖像進(jìn)行的處理。（5）圖像的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理。針對(duì)二值圖像，MATLAB提供了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算函數(shù)；腐蝕(Erode)、膨脹(Dilate)算子，以及在此基礎(chǔ)上的開(kāi)(Open)、閉(Close)算子、厚化(Thicken)、薄化(Thin)算子等豐富的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算。（6）此外，還有一些重要的函數(shù)在MATLAB中的應(yīng)用：①使用imnoise添加噪聲。②使用imfinfo用于圖像文件信息查詢(xún)。③使用montage函數(shù)來(lái)顯示多幀圖像陣列。④使用immovie函數(shù)顯示多幀圖像陣列中創(chuàng)建MATLAB電影動(dòng)畫(huà)。⑤使用zoom函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像上任一區(qū)域的縮放。⑥使用warp函數(shù)將圖像作為紋理進(jìn)行映射。⑦使用subimage函數(shù)在一個(gè)圖像窗口中顯示多幅圖像。以上所提到的MATLAB在圖像中的應(yīng)用都是由相應(yīng)的MATLAB函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用時(shí)，只需按照函數(shù)的調(diào)用語(yǔ)法正確輸入?yún)?shù)即可。具體的用法可參考MATLAB豐富的幫助文檔。圖像邊緣對(duì)圖像識(shí)別和計(jì)算機(jī)分析十分有用，在MATLAB中，函數(shù)edge()用于灰度圖像邊緣的提取，它支持六種不同的邊緣提取方法，即Sobel方第11頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………法、Prewitt方法、Robert方法，Laplacian2Gaussian方法、過(guò)零點(diǎn)方法和Canny[15]方法。第12頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………第4章二值圖像分析二值圖像中所有的像素只能從0和1這兩個(gè)值中取，因此在MATLAB中，二值圖像用一個(gè)由0和1組成的二維矩陣表示。這兩個(gè)可取的值分別對(duì)應(yīng)于關(guān)閉和打開(kāi)，關(guān)閉表征該像素處于背景，而打開(kāi)表征該像素處于前景。也就是說(shuō)它指每個(gè)像素是不是黑就是白，其灰度值沒(méi)有中間過(guò)渡的圖像。二值圖像一般用來(lái)描述文字或者圖形，它的特點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)：占用空間少，更容易識(shí)別出圖像的結(jié)構(gòu)特征。（2）缺點(diǎn)：當(dāng)表示人物，風(fēng)景的圖像時(shí)，二值圖像只能描述其輪廓，不能描述細(xì)節(jié)。這時(shí)候要用更高的灰度級(jí)。二值圖像經(jīng)常使用位圖格式存儲(chǔ)。4.1二值圖像的實(shí)現(xiàn)二值圖像操作只返回與二值圖像的形式或結(jié)構(gòu)有關(guān)的信息，如果希望對(duì)其他類(lèi)型的圖像進(jìn)行同樣的操作，則首先要將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的圖像格式，可以通過(guò)調(diào)用MATLAB提供的im2bw（）來(lái)實(shí)現(xiàn)，方法如下：MATLAB程序代碼：I=imread('jiafeimao.jpg');figure,imshow(I);J=im2bw(I);%二值化處理figure,imshow(J);運(yùn)行程序，得到圖4-1：(1)原圖（2）二值圖像圖4-1圖像二值化4.2二值形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)是集合運(yùn)算，我們把二值圖像A看作是二維坐標(biāo)點(diǎn)的集合，包含圖像里為1的點(diǎn)，B通常是一個(gè)小的集合，作用類(lèi)似于模板。基本運(yùn)算有：（1）膨脹（Dilation）運(yùn)算：定義為A⊕B。（2）腐蝕（Erosion）運(yùn)算：定義為AB。第13頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………（3）開(kāi)（Open）運(yùn)算:開(kāi)運(yùn)算是先對(duì)圖像進(jìn)行腐蝕，然后再進(jìn)行膨脹的結(jié)果。用B對(duì)A進(jìn)行形態(tài)學(xué)開(kāi)操作可以記為，它的定義為(4-1):ABABBB(4-1)（4）閉（Close）運(yùn)算：閉運(yùn)算是先對(duì)圖像進(jìn)行膨脹，然后再進(jìn)行腐蝕的結(jié)果。用B對(duì)A進(jìn)行形態(tài)學(xué)開(kāi)操作可以記為?，它的定義為(4-2):ABA?BABB(4-2)4.2.1膨脹膨脹的算符為，A用B來(lái)膨脹寫(xiě)作AB，這里先將A和B看作是所有取值為1的像素點(diǎn)的集合。其定義為：(4-3)ABxBAx其中B表示集合B的反射，表示對(duì)B的反射進(jìn)行位移x。A與B的交集不Bx能為空集。B膨脹A的過(guò)程是：先對(duì)B做關(guān)于中心像素的映射，再將其映像平移x，換句話說(shuō)，用B來(lái)膨脹A得到的集是B平移后與A至少有一個(gè)非零元素相交時(shí)B的中心像素的位置的集合。膨脹是使區(qū)域從四周向外擴(kuò)大，給圖像中的對(duì)象邊界添加像素；而腐蝕則是使區(qū)域從四周同時(shí)向內(nèi)縮小，刪除對(duì)象邊界某些像素。在MATLAB中利用imdilate函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)膨脹操作。下面用MATLAB例子來(lái)說(shuō)明。MATLAB膨脹程序代碼如下：clearall;bw=imread('text.png');se=strel('line',11,90);bw2=imdilate(bw,se);figure;imshow(bw);figure;imshow(bw2);運(yùn)行程序，得到如圖4-2：第14頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………(1)原圖(2)圖像膨脹圖4-2二值圖像膨脹4.2.2腐蝕腐蝕的算符為，A用B來(lái)腐蝕寫(xiě)作AB。其定義為Bx|()}(4-4)x用B來(lái)腐蝕A得到集合是B完全包括在A中時(shí)B的中心像素位置（原點(diǎn)位置）的集合。平移后的B與A的背景并不疊加。在MATLAB圖像處理工具箱中提供了imerode函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的腐蝕操作。MATLAB二值腐蝕程序代碼如下：clearall;I=imread('circles.png');se=strel('disk',11);J=imerode(I,se);figure;imshow(I);figure;imshow(J);運(yùn)行程序，得到如圖4-3：(1)原圖(2)圖像腐蝕圖4-3二值圖像腐蝕第15頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………可以從圖4-2中看出膨脹使圖像的邊界像素增多，區(qū)域從四周向外擴(kuò)大了，造成圖像變得模糊了，邊界重疊了。從圖5-3中看出腐蝕使圖像邊界像素減少，區(qū)域從四周縮小，亮點(diǎn)減少。4.3二值分析進(jìn)行圖像處理綜合應(yīng)用4.3.1噪聲濾除將開(kāi)啟運(yùn)算和閉合運(yùn)算結(jié)合起來(lái)可構(gòu)成噪聲濾除器。開(kāi)啟就是先對(duì)圖像進(jìn)行腐蝕后膨脹的結(jié)果。閉合就是先對(duì)圖像進(jìn)行膨脹后腐蝕的結(jié)果。開(kāi)啟和閉合這兩種運(yùn)算都可以除去比結(jié)構(gòu)元素小特定圖像細(xì)節(jié)，同時(shí)保證不產(chǎn)生全局幾何失真。開(kāi)啟運(yùn)算可以把結(jié)構(gòu)元素小的突刺濾掉，切斷細(xì)長(zhǎng)搭接而起到分離作用。閉合運(yùn)算可以把比結(jié)構(gòu)元素小的缺口或孔填充上，搭接短的間斷而起到連通的作用。開(kāi)啟運(yùn)算將背景上的噪聲去除了；再進(jìn)行閉合運(yùn)算則將其他噪聲去掉。這樣就構(gòu)成了噪聲濾除器，起到了去除噪聲的作用。MATLAB中還提供了預(yù)定義的形態(tài)函數(shù)bwmorph，利用bwmorph(I,'open')可以對(duì)I圖像進(jìn)行形態(tài)開(kāi)運(yùn)算，利用bwmorph(I,'close')可以對(duì)I圖像進(jìn)行形態(tài)閉運(yùn)算。MATLAB噪聲去除程序代碼如下：I1=imread('jiafeimao.jpg');I2=im2bw(I1);I2=double(I2);I3=imnoise(I2,'salt&pepper');I4=bwmorph(I3,'open');I5=bwmorph(I4,'close');figure;subimage(I2);figure;subimage(I3);figure;subimage(I4);figure;subimage(I5);運(yùn)行程序，得到如圖4-4：第16頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………(1)二值圖像(2)加入椒鹽噪聲的圖像50100150200250300350(3)開(kāi)運(yùn)算所得圖像(4)再閉運(yùn)算所得圖像圖4-4噪聲濾除4.3.2邊緣提取集合A的邊界表示為f(A)，它可以通過(guò)先由B對(duì)A進(jìn)行腐蝕，然后用A減去腐蝕后的圖像得到邊緣，即式(4-5)：fAAAB(4-5)其中，B是一個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)元素。當(dāng)然，也可以先由B對(duì)A膨脹，再用膨脹后的圖像減去A得到邊緣，即式(4-6)：f(A)ABA(4-6)在MATLAB圖像處理工具中提供了bwperim函數(shù)用于對(duì)二值圖像進(jìn)行邊緣提取。MATLAB邊緣提取程序代碼如下：I1=imread('jiafeimao.jpg');I2=im2bw(I1);I3=bwperim(I2);subplot(1,2,1);imshow(I2);subplot(1,2,2);imshow(I3);第17頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………運(yùn)行程序，得到如圖4-5：(1)二值圖像（2)邊緣處理的圖像圖4-5邊緣處理4.3.3特征提取在進(jìn)行圖像處理時(shí)，會(huì)希望獲得圖像中改變某些特征的信息，例如，膨脹和腐蝕從定量的角度上來(lái)看就是二值圖像中各對(duì)象面積的增大或者縮小。特征提取包括計(jì)算圖像面積、歐拉數(shù)計(jì)算、移除對(duì)象、區(qū)域填充。在這里著重介紹計(jì)算圖像面積。在MATLAB圖像處理工具箱中提供了bwarea函數(shù)來(lái)計(jì)算二值圖像的面積。面積粗略的說(shuō)就是圖像中前景的像素的個(gè)數(shù)。MATLAB邊緣提取程序代碼如下：clearall;I1=imread('jiafeimao.jpg');I=im2bw(I1);disp('膨脹前圖像面積為:')bwarea(I)SE=ones(5);I2=imdilate(I,SE);disp('膨脹后圖像面積為:')bwarea(I2)運(yùn)行程序，得到如下結(jié)果：膨脹前圖像面積為:ans=7.6120e+004膨脹后圖像面積為:ans=8.2933e+004第18頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………第5章圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是圖像處理的主要任務(wù)之一，它的目的是采用某種技術(shù)手段，改善圖像的視覺(jué)效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)換成更加適合人眼觀察和機(jī)器分析、識(shí)別的形式，以便從圖像中獲取更有用的信息。圖像增強(qiáng)算法的應(yīng)用是有針對(duì)性的，并不存在通用的增強(qiáng)算法。圖像增強(qiáng)的基本方法可以分為兩大類(lèi)：(1)空間域方法空間域是指圖像平面自身，這類(lèi)方法是以對(duì)圖像的像素直接處理為基礎(chǔ)的。它包括空域變換增強(qiáng)、空域?yàn)V波增強(qiáng)（包括平滑濾波器和銳化濾波器）?？沼蛟鰪?qiáng)方法可表示為(5-1)：g(x,y)=EH[f(x,y)](5-1)其中f（x，y）和g（x，y）分別為增強(qiáng)前后的圖像，EH代表增強(qiáng)操作。(2)頻域方法頻率域處理技術(shù)是以修改圖像的傅里葉變換為基礎(chǔ)的，也就是將原來(lái)的圖像空間中的圖像以某種形式轉(zhuǎn)換到其他空間中，然后利用該空間的特有性質(zhì)方便地進(jìn)行圖像處理，最后再轉(zhuǎn)換回原來(lái)的圖像空間中，從而得到處理后的圖像。它包括低通濾波、高通濾波、同態(tài)濾波周?chē)准y清除濾波（以前兩種為主）。頻域增強(qiáng)方法可表示為(5-2)：'Fu,vHu,vFu,v(5-2)Huv,為濾波器，F(xiàn)uv,和F'u,v分別為增強(qiáng)前后的圖像。其中5.1空域變換增強(qiáng)5.1.1增強(qiáng)對(duì)比度（線性變換）對(duì)比度增強(qiáng)是增強(qiáng)技術(shù)中一種比較簡(jiǎn)單但又十分重要的方法。這種方法按照一定的規(guī)則，逐點(diǎn)修改輸入圖像每一像素的灰度，從而改變圖像灰度的動(dòng)態(tài)范圍。其對(duì)應(yīng)的變換圖像如圖4-1所示。對(duì)應(yīng)的公式為（5-3）：kfx,yfx,yf11gx,ykfx,yb;ffx,yf(5-3)211fxyf,2,;kfxybf3223在圖5-1中可以看出，通過(guò)變換可以使原圖的較高的和較低的灰度值的動(dòng)態(tài)范[16]圍減小了，而原圖在二者之間的動(dòng)態(tài)范圍增加了，從而其范圍的對(duì)比度增加了。第19頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………圖5-1增強(qiáng)對(duì)比度MATLAB增強(qiáng)對(duì)比度程序代碼如下：X1=imread('333.jpg');figure,imshow(X1)f0=0;g0=0;f1=70;g1=30;f2=180;g2=230;f3=255;g3=255;r1=(g1-g0)/(f1-f0);b1=g0-r1*f0;r2=(g2-g1)/(f2-f1);b2=g1-r2*f1;r3=(g3-g2)/(f3-f2);b3=g2-r3*f2;[m,n]=size(X1);X2=double(X1);fori=1:mforj=1:nf=X2(i,j);g(i,j)=0;if(f>=0)&(f<=f1)g(i,j)=r1*f+b1;elseif(f>=f1)&(f<=f2)g(i,j)=r2*f+b2;elseif(f>=f2)&(f<=f3)g(i,j)=r3*f+b3;endend第20頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………endfigure,imshow(mat2gray(g))運(yùn)行得到如下結(jié)果：圖5-2原圖圖5-3增強(qiáng)對(duì)比度后圖像在MATLAB中還提供了imadjust對(duì)比度調(diào)整函數(shù)，用于調(diào)整灰度值或者顏色圖，但處理圖像只能是灰度圖像。MATLAB程序代碼如下：clearall;I=imread('333.jpg');subplot(1,2,1);imshow(I);J=imadjust(I);subplot(1,2,2);imshow(J);運(yùn)行程序得到如下結(jié)果圖5-4：(1)原始圖像(2)增強(qiáng)對(duì)比度后圖像圖5-4增強(qiáng)對(duì)比度5.1.2圖像求反所謂對(duì)圖像求反是將原來(lái)的灰度值翻轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是使黑變白，使白變黑。假設(shè)對(duì)灰度級(jí)范圍是[0,L-1]變換到[L-1,0],變換公式為(5-4):tL1s這種方法尤其適用于增強(qiáng)嵌入于圖像暗色區(qū)域的白色或灰色細(xì)節(jié)。MATLAB圖像求反程序代碼如下：(5-4)clearall;第21頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………I=imread('999.jpg');figure,imshow(I);J=double(I);J=256-1-J;J=uint8(J);figure,imshow(J);運(yùn)行程序得到如下結(jié)果圖5-5：(1)原始圖像(2)圖像求反后圖像圖5-5圖像其反5.2空域?yàn)V波增強(qiáng)一般情況下，像素的鄰域比該像素要大，也就是說(shuō)這個(gè)像素的鄰域中除了本身以外還包括其他像素。在這種情況下，g(x,y)在(x,y)位置處的值不僅取決于f(x,y)在以(x,y)為中心的鄰域內(nèi)所有的像素的值。為在鄰域內(nèi)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)操作，?？衫媚０迮c圖像進(jìn)行卷積。每個(gè)模板實(shí)際上是一個(gè)二維數(shù)組，其中各個(gè)元素的取值定了模板的功能，這種模板操作也稱(chēng)為空域?yàn)V波。仍以s和t分別表示f(x,y)在(x,y)位置處的增強(qiáng)前后的灰度值，并以n(s)代表f(x,y)在(x,y)鄰域內(nèi)像素的灰度值，則t=EA[s,n(s)]。5.2.1原理根據(jù)其特點(diǎn)，空域?yàn)V波一般可分為線性濾波和非線性濾波兩類(lèi)。線形濾波器的設(shè)計(jì)?；趯?duì)傅立葉變換的分析。非線形空域?yàn)V波器則一般直接對(duì)鄰域進(jìn)行操作。另外各種濾波器根據(jù)功能又主要分成平滑濾波器和銳化濾波器。平滑可用低通來(lái)實(shí)現(xiàn)，平滑的目的是模糊和消除噪聲。銳化可用高通來(lái)實(shí)現(xiàn)，銳化的目的是為了增強(qiáng)被模糊的細(xì)節(jié)。所以共有（非）線性平滑濾波器和（非）線性銳化濾波器四種空間濾波增強(qiáng)方法。平滑濾波器：它能減弱或消除傅立葉空間的高頻分量，但不影響低頻分量。因?yàn)楦哳l分量對(duì)應(yīng)圖像中的區(qū)域邊緣等灰度值具有較大較快變化的部分，濾波器將這些分量濾去可使圖像平滑。第22頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………銳化濾波器：它能減弱或消除傅立葉空間的低頻分量，但不影響高頻分量。因?yàn)榈皖l分量對(duì)應(yīng)圖像中灰度值緩慢變化的區(qū)域，因而與圖像的整體特性，如整體對(duì)比度和平均灰度值等有關(guān)，將這些分量濾去可使圖像銳化?？沼?yàn)V波器都是利用模板卷積，主要步驟如下：（1）將模板在圖中漫游，并將模板中心與圖中某個(gè)像素位置重合；（2）將模板上的系數(shù)與模板下對(duì)應(yīng)的像素相乘；（3）將所有的乘積相加；（4）將模板的輸出響應(yīng)賦給圖中對(duì)應(yīng)模板中心位置的像素。[17]下面分別介紹在MATLAB中如何應(yīng)用平滑和銳化濾波器。5.2.2線性平滑濾波器（領(lǐng)域均值法）線性平滑濾波可以去除圖像中某些類(lèi)型的噪聲，其中領(lǐng)域平均法就是常用的簡(jiǎn)單空間域線性平滑噪聲技術(shù)。領(lǐng)域平均法將一個(gè)像素及其領(lǐng)域中所有的像素的平均值賦給輸出圖像中相應(yīng)的像素，從而達(dá)到平滑的目的，又稱(chēng)均值濾波。對(duì)于給定圖像f（x，y）中的每個(gè)像素點(diǎn)（i，j），設(shè)其領(lǐng)域S，S含有M個(gè)像素，假定噪聲n（x，y）是加性噪聲，在空間各點(diǎn)互不相關(guān)，且期望為0，方差為2，領(lǐng)域平均處理后的圖像為g（x，y），則有(5-5):1M1nxygxy,fxy,,(5-5)M從式子中看出噪聲均值不變，噪聲方差變小，說(shuō)明噪聲強(qiáng)度減弱了，抑制了噪聲。MATLAB領(lǐng)域平均法程序代碼如下：clearall;I=imread('rice.png');J=imnoise(I,'salt&pepper',0.02);figure,imshow(I);figure,imshow(J);K1=filter2(fspecial('average',3),J);%進(jìn)行3*3模板平滑濾波K2=filter2(fspecial('average',5),J);%進(jìn)行5*5模板平滑濾波figure,imshow(uint8(K1));figure,imshow(uint8(K2));運(yùn)行程序，得到如下結(jié)果圖5-6：從程序運(yùn)行后的結(jié)果看出，模板越大，去噪能力越強(qiáng)，但同時(shí)會(huì)讓圖像變得模糊。第23頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………(1)原圖(2)加入椒鹽噪聲的圖像(3)3*3模板平滑濾波器(4)5*5模板平滑濾波器圖5-6線性平滑濾波器領(lǐng)域均值法5.2.3非線性平滑濾波器（中值濾波法）中值濾波器是最常用的非線性平滑濾波器，它也是一種典型的低通濾波器，主要目的是保護(hù)圖像邊緣，同時(shí)也能去除噪聲，也就是說(shuō)，能夠在抑制隨機(jī)噪聲的同時(shí)不使圖像邊緣模糊。與線性平滑濾波不同，中值濾波是將領(lǐng)域中的像素按灰度級(jí)排序，取其中間值作為輸出像素中值濾波只依賴(lài)于領(lǐng)域的空間范圍和中值計(jì)算中涉及的像素?cái)?shù)。設(shè)f（x，y）表示數(shù)字圖像像素點(diǎn)的灰度值，濾波窗口為A的中值濾波器可以定義為(5-6):f(x,y)gx,yMed(5-6)(x,yA中值濾波法的具體步驟：（1）將模板在圖像中漫游，并將模板中心和圖像某個(gè)像素的位置重合；（2）讀取模板下對(duì)應(yīng)像素的灰度值；（3）將這些灰度值從小到大排成一列；第24頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………（4）找出這些值排在中間的一個(gè)；（5）將這個(gè)中間值賦給對(duì)應(yīng)模板中心位置的像素。MATLAB中值濾波程序代碼如下：a=imread('rice.png');b=imnoise(a,'salt&pepper',0.02);%對(duì)圖像添加椒鹽噪聲k=medfilt2(b);%中值濾波去噪subplot(1,3,1);imshow(a);subplot(1,3,2);imshow(b);subplot(1,3,3);imshow(k);運(yùn)行程序，得到如下結(jié)果圖5-7：(1)原圖(2)含有椒鹽噪聲圖像(3)中值濾波去噪圖像圖5-7中值濾波法可以看出，對(duì)于椒鹽噪聲中值濾波法效果比領(lǐng)域平均法要好很多，圖像也要清晰很多。所以對(duì)于椒鹽噪聲一般用中值濾波法更好。5.2.4銳化濾波器在圖像的識(shí)別中，需要邊緣鮮明的圖像，即圖像銳化。圖像銳化的目的是為了突出圖像的邊緣信息，加強(qiáng)圖像的輪廓特征，以便于人眼的觀察和機(jī)器的識(shí)別。因此，從圖像增強(qiáng)的目的來(lái)看，它與圖像平滑相反的一類(lèi)處理。下面主要介紹最常用的線性銳化濾波器。線性高通濾波器是最常用的線性銳化濾波器。這種濾波器的中心系數(shù)都是正的，而周?chē)南禂?shù)都是負(fù)的。對(duì)3*3的模板來(lái)說(shuō)，典型的系數(shù)取值是：[0–10；-14–1；0–10]事實(shí)上這是拉普拉斯算子，所有的系數(shù)之和為0。當(dāng)這樣的模板放在圖像中灰度值是常數(shù)或變化很小的區(qū)域時(shí)，其輸出為0或很小。這個(gè)濾波器將原來(lái)的圖像中的零頻域分量去除了，也就是將輸出的圖像的平均值變?yōu)?，這樣就會(huì)有一部分像素的灰度值小于0。在圖像處理中我們一般只考慮正的灰度值，所以還有將輸出圖像的灰度值范圍通過(guò)尺度變回到所要求的范圍。第25頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………對(duì)于離散函數(shù)f（i，j），拉普拉斯算子的表達(dá)式為(5-7):2fi,jfijfijfi,j1fi,j14fi,j(5-7)系統(tǒng)取值為[0–10；-18–1；0–10]。MATLAB銳化濾波程序代碼如下：clearall;I=imread('pears1.png');subplot(1,2,1);imshow(I);I=double(I);H=[010,1-41,010];J=conv2(I,H,'same');K=I-J;subplot(1,2,2),imshow(K,[]);運(yùn)行該程序，得到如下結(jié)果圖5-8：可以從圖片得出，圖像的邊緣很鮮明，圖像的輪廓得到了加強(qiáng)，使得原來(lái)模糊的圖像清晰了很多，這就是線性銳化濾波器的優(yōu)點(diǎn)所在。(1)原始圖像(2)銳化濾波后圖像圖5-8線性銳化濾波器5.3圖像頻域增強(qiáng)5.3.1頻域增強(qiáng)原理和功能與空域增強(qiáng)一樣，圖像在頻域內(nèi)處理也可以實(shí)現(xiàn)濾波和邊緣檢出的功能。其原理是抑制圖像在變化域某個(gè)范圍內(nèi)的分量，其他分量不受影響，以改變輸出圖像的頻率分布，達(dá)到圖像增強(qiáng)的作用。頻域處理技術(shù)的基礎(chǔ)是卷積理論。設(shè)函數(shù)f（x,y）與線性位不變算子h（x,y）的卷積結(jié)果是g（x,y），即(5-8):g(x,y)=h(x,y)f(x,y)(5-8)那么根據(jù)卷積定理在頻域有(5-9)：G(x,y)=H(u,v)F(u,v)(5-9)第26頁(yè)共41頁(yè)……………………裝………………訂………………線……………………其中G(x,y)、H(u,v)、F(u,v)分別是g(x,y)、h(x,y)、f(x,y)的傅立葉變?cè)跀?shù)字圖像處理中，f(x,y)是指輸入圖像，通過(guò)傅里葉變換可得到F（m,n)，換。只要選定變換函數(shù)H(m,n)，就可以確定G(m,n)，再通過(guò)傅里葉反變換得到輸出圖像g(x,y），即